1、第十三章第十三章 干燥干燥Drying復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) Reviewing濕度圖：濕度圖：t-H圖圖 應(yīng)用應(yīng)用(確定空氣狀態(tài)，描述變化過(guò)程確定空氣狀態(tài)，描述變化過(guò)程干燥器物料衡算：干燥器物料衡算： 物料含水率物料含水率w、X，W和和L(l和和Le的計(jì)算的計(jì)算)干燥器熱量衡算：干燥器熱量衡算： qp和和qd，h干燥過(guò)程圖解：干燥過(guò)程圖解： 理想干燥過(guò)程理想干燥過(guò)程(等焓等焓)和實(shí)際干燥過(guò)程和實(shí)際干燥過(guò)程Content濕空氣性質(zhì)及濕度圖濕空氣性質(zhì)及濕度圖1干燥器物料及熱量衡算干燥器物料及熱量衡算2干燥速度和干燥時(shí)間干燥速度和干燥時(shí)間3干燥器干燥器413.3 干燥速度和干燥時(shí)間干燥速度和干燥時(shí)間 恒定條件下

2、的干燥速度恒定條件下的干燥速度水分在兩相間平衡關(guān)系水分在兩相間平衡關(guān)系水分在兩相間平衡關(guān)系水分在兩相間平衡關(guān)系恒速階段干燥時(shí)間計(jì)算恒速階段干燥時(shí)間計(jì)算降速階段干燥時(shí)間計(jì)算降速階段干燥時(shí)間計(jì)算機(jī)械方式附著于物料中的水分：機(jī)械方式附著于物料中的水分：非結(jié)合水分非結(jié)合水分1.結(jié)合水分與非結(jié)合水分結(jié)合水分與非結(jié)合水分 Bound and unbound water當(dāng)物料中含有非結(jié)合水時(shí)，平衡水汽分壓當(dāng)物料中含有非結(jié)合水時(shí)，平衡水汽分壓=同溫度下同溫度下ps與物料結(jié)合力較弱，較易去除的水分與物料結(jié)合力較弱，較易去除的水分與物料存在化學(xué)或物理化學(xué)力作用的水分：與物料存在化學(xué)或物理化學(xué)力作用的水分：結(jié)合水分

3、結(jié)合水分 13.3.1 水分在空氣與物料間的平衡關(guān)系水分在空氣與物料間的平衡關(guān)系 純水純水結(jié)合水分的平衡水汽分壓結(jié)合水分的平衡水汽分壓同溫度下同溫度下ps與物料結(jié)合力較強(qiáng)，較難去除的水分與物料結(jié)合力較強(qiáng)，較難去除的水分如：結(jié)晶水，溶漲水分，小毛細(xì)管里水分，細(xì)胞水分等如：結(jié)晶水，溶漲水分，小毛細(xì)管里水分，細(xì)胞水分等影響因素：影響因素：與空氣狀態(tài)無(wú)關(guān)，只與物料性質(zhì)有關(guān)與空氣狀態(tài)無(wú)關(guān)，只與物料性質(zhì)有關(guān)一定空氣狀態(tài)下物料中不能除去的水分：一定空氣狀態(tài)下物料中不能除去的水分：平衡含水率平衡含水率X*2.平衡水分與自由水分平衡水分與自由水分 Equilibrium and free moisture一定空

4、氣狀態(tài)下，物料能被干燥的一定空氣狀態(tài)下，物料能被干燥的極限極限(即平衡即平衡)本質(zhì)：物料中與空氣水汽分壓本質(zhì)：物料中與空氣水汽分壓pw相平衡的水分相平衡的水分物料總水分中，平衡水分外的水分：物料總水分中，平衡水分外的水分：自由水分自由水分 13.3.1 水分在空氣與物料間的平衡關(guān)系水分在空氣與物料間的平衡關(guān)系 相律：相律：F=C-+2=3(空氣、水、物料空氣、水、物料)-2(氣、液、固氣、液、固)+2=2T一定一定時(shí)，僅時(shí)，僅1個(gè)自由變量個(gè)自由變量水分在兩相間的水分在兩相間的平衡關(guān)系平衡關(guān)系影響因素：影響因素：空氣狀態(tài)空氣狀態(tài)(t,H)，物料性質(zhì)，物料性質(zhì)0.320.2

5、60.120.080.04含水率含水率X, kg/kg干料干料0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 相對(duì)濕度相對(duì)濕度自由水分自由水分平衡水分平衡水分總水分總水分13.3.1 水分在空氣與物料間的平衡關(guān)系水分在空氣與物料間的平衡關(guān)系 0.320.260.120.080.04含水率含水率X, kg/kg干料干料0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 相對(duì)濕度相對(duì)濕度自由水分自由水分平衡水分平衡水分總水分總水分非結(jié)合水分非結(jié)合水分結(jié)合水分結(jié)合水分平衡與自由水分：平衡與自由水分：按能否去除劃按能否去除劃分，與物料空氣都有關(guān)分，與物料空氣都有關(guān)結(jié)合與非結(jié)合水分：結(jié)合與非

6、結(jié)合水分：按去除能按去除能易程度劃分，只與物料有關(guān)易程度劃分，只與物料有關(guān)平衡水分一定是平衡水分一定是結(jié)合水分結(jié)合水分；自由水分：自由水分：非結(jié)合水非結(jié)合水+部分結(jié)合水部分結(jié)合水 13.3.1 水分在空氣與物料間的平衡關(guān)系水分在空氣與物料間的平衡關(guān)系 3.水分與物料的結(jié)合方式：水分與物料的結(jié)合方式： 附著水分：附著水分： 毛細(xì)管水分：毛細(xì)管水分： 溶脹水分：溶脹水分： 化學(xué)結(jié)合水分化學(xué)結(jié)合水分結(jié)晶水：結(jié)晶水：13.3.1 水分在空氣與物料間的平衡關(guān)系水分在空氣與物料間的平衡關(guān)系 pw*=ps，非結(jié)合水分，非結(jié)合水分 小毛細(xì)管內(nèi)，表面張力作用，結(jié)合水分小毛細(xì)管內(nèi)，表面張力作用，結(jié)合水分 細(xì)胞壁或

7、纖維皮壁中的水，結(jié)合水細(xì)胞壁或纖維皮壁中的水，結(jié)合水 結(jié)合水結(jié)合水13.3 干燥速度和干燥時(shí)間干燥速度和干燥時(shí)間 水分在兩相間平衡關(guān)系水分在兩相間平衡關(guān)系恒定條件下的干燥速度恒定條件下的干燥速度恒定條件下的干燥速度恒定條件下的干燥速度恒速階段干燥時(shí)間計(jì)算恒速階段干燥時(shí)間計(jì)算降速階段干燥時(shí)間計(jì)算降速階段干燥時(shí)間計(jì)算AddXGUC干燥動(dòng)力學(xué)目的：計(jì)算連續(xù)干燥設(shè)備尺寸干燥動(dòng)力學(xué)目的：計(jì)算連續(xù)干燥設(shè)備尺寸恒定干燥條件恒定干燥條件 constant drying conditions： 空氣空氣t、H和和u，空氣與物料接觸狀況不變。，空氣與物料接觸狀況不變。13.3.2 恒定干燥條件下的干燥速度恒定干燥

8、條件下的干燥速度 1.干燥速率干燥速率U：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位面積上汽化的水分量，：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位面積上汽化的水分量，kg/(m2s)式中：式中：Gc絕干物料質(zhì)量，絕干物料質(zhì)量，kg； A 干燥面積，干燥面積，m2 ； X 物料干基含水率，物料干基含水率，kg水水/kg干料；干料； 干燥時(shí)間，干燥時(shí)間，s。干燥速率干燥速率U，kg/(m2s)2.00.40 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7干基含水率干基含水率X X恒定干燥條件下的干燥速率曲線恒定干燥條件下的干燥速率曲線干燥分三階段：干燥分三階段：預(yù)熱段、恒速段、降速段預(yù)熱段、恒速段、降速段13.3.2 恒定干燥條

9、件下的干燥速度恒定干燥條件下的干燥速度 X, kg水水/kg干料干料0.20.1 A0 2 4 6 8 10 12 14 干燥時(shí)間干燥時(shí)間,h,h干干燥燥曲曲線線X X線線 B預(yù)熱階段預(yù)熱階段C恒速干燥階段恒速干燥階段D降速干燥階段降速干燥階段X*臨臨界界含含水水量量 XC降速階段降速階段E 恒速階段恒速階段CX*ABA2. 干燥曲線和干燥速率曲線干燥曲線和干燥速率曲線(實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)測(cè)定)Xc預(yù)熱階段預(yù)熱階段AB：很短，常忽略不計(jì)：很短，常忽略不計(jì)恒速干燥階段恒速干燥階段BC Constant-rate period ： U=kH(Hw-H)=常數(shù)，物料常數(shù)，物料tM=tw，

10、臨界點(diǎn)，臨界點(diǎn)C critical point 表面汽化控制，去除非結(jié)合水表面汽化控制，去除非結(jié)合水(純水純水)，僅空氣影響速率，僅空氣影響速率降速干燥階段降速干燥階段CD falling-rate period：去除結(jié)合水分：去除結(jié)合水分 內(nèi)部擴(kuò)散控制，速率與物料性質(zhì)形狀尺寸及內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)內(nèi)部擴(kuò)散控制，速率與物料性質(zhì)形狀尺寸及內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)降速的原因：降速的原因： 實(shí)際汽化表面減少；實(shí)際汽化表面減少；汽化面的內(nèi)移；汽化面的內(nèi)移； 平衡蒸汽壓下降；平衡蒸汽壓下降；固體內(nèi)部水分的擴(kuò)散極慢。固體內(nèi)部水分的擴(kuò)散極慢。 13.3.2 恒定干燥條件下的干燥速度恒定干燥條件下的干燥速度 3.臨界含水量臨界含

11、水量XC critical moisture content 恒速干燥終了時(shí)的物料含水量為恒速干燥終了時(shí)的物料含水量為臨界含水量臨界含水量XC XC隨物料性質(zhì)、厚度及分散，和干燥介質(zhì)而異。隨物料性質(zhì)、厚度及分散，和干燥介質(zhì)而異。 恒速階段干燥速度和物料厚度恒速階段干燥速度和物料厚度，XC。 強(qiáng)化干燥過(guò)程，減少設(shè)備尺寸：強(qiáng)化干燥過(guò)程，減少設(shè)備尺寸：盡可能盡可能XC。 4.干燥操作對(duì)物料性狀的影響：干燥操作對(duì)物料性狀的影響： 恒速段：恒速段：tM=tw，不易物料溫度過(guò)高，不易物料溫度過(guò)高，t可適當(dāng)可適當(dāng)； 降速段：降速段：tM較高，應(yīng)避免較高，應(yīng)避免高溫高溫對(duì)物料性質(zhì)的破壞；對(duì)物料性質(zhì)的破壞； 干

12、燥速率：干燥速率：過(guò)大過(guò)大使物料表面開(kāi)裂，結(jié)殼，硬化等。使物料表面開(kāi)裂，結(jié)殼，硬化等。13.3.2 恒定干燥條件下的干燥速度恒定干燥條件下的干燥速度 13.3 干燥速度和干燥時(shí)間干燥速度和干燥時(shí)間 水分在兩相間平衡關(guān)系水分在兩相間平衡關(guān)系恒速階段干燥時(shí)間計(jì)算恒速階段干燥時(shí)間計(jì)算恒速階段干燥時(shí)間計(jì)算恒速階段干燥時(shí)間計(jì)算恒定條件下的干燥速度恒定條件下的干燥速度降速階段干燥時(shí)間計(jì)算降速階段干燥時(shí)間計(jì)算AddXGUC13.3.3 恒速階段干燥時(shí)間恒速階段干燥時(shí)間1的計(jì)算的計(jì)算 CC1cXXCc01AU)XX(GUXdAGdC111.應(yīng)用干燥速率曲線計(jì)算應(yīng)用干燥速率曲線計(jì)算(圖解積分圖解積分)CWH1U

13、HHkU常數(shù)恒速階段：恒速階段：干燥速率干燥速率U，kg/(m2s)2.00.40 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7干基含水率干基含水率X X恒定干燥條件下的干燥速率曲線恒定干燥條件下的干燥速率曲線臨臨界界含含水水量量 XC降速階段降速階段E 恒速階段恒速階段CX*ABA350Gdp41. 0p49. 0dG0118. 0)tt (r)HH(kUwwwHC空氣平行于物料表面流動(dòng)空氣平行于物料表面流動(dòng)13.3.3 恒速階段干燥時(shí)間恒速階段干燥時(shí)間1的計(jì)算的計(jì)算 空氣自上而下或自下而上穿過(guò)顆粒堆積層空氣自上而下或自下而上穿過(guò)顆粒堆積層2.應(yīng)用傳質(zhì)或傳熱速率式

14、估算應(yīng)用傳質(zhì)或傳熱速率式估算UCm/kW,G0143. 028 . 0G : 氣體質(zhì)量流速，氣體質(zhì)量流速，kg/（m2s）；）；dp: 具有與實(shí)際顆粒相同表面的球的直徑，具有與實(shí)際顆粒相同表面的球的直徑，m；: 氣體粘度，氣體粘度，Pas。 350Gdp41. 0p59. 0dG0189. 03/ 12/ 1ppPrRe65. 02dudRepp)tt (r)HH(kUwwwHC13.3.3 恒速階段干燥時(shí)間恒速階段干燥時(shí)間1的計(jì)算的計(jì)算 單一球形顆粒懸浮于氣流中單一球形顆粒懸浮于氣流中2.應(yīng)用傳質(zhì)或傳熱速率式估算應(yīng)用傳質(zhì)或傳熱速率式估算UCu: 氣體與顆粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；氣體與顆粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)

15、速度；,Pr:氣體的密度、粘度和普朗特?cái)?shù)。氣體的密度、粘度和普朗特?cái)?shù)。 3.UC影響因素影響因素 空氣流速空氣流速u(mài)，H，t。(u或或t,H,UC)tt (Ar )XX(G)HH(Ak)XX(GAU)XX(GwwC1CwHC1CCC1C113.3 干燥速度和干燥時(shí)間干燥速度和干燥時(shí)間 水分在兩相間平衡關(guān)系水分在兩相間平衡關(guān)系降速階段干燥時(shí)間計(jì)算降速階段干燥時(shí)間計(jì)算降速階段干燥時(shí)間計(jì)算降速階段干燥時(shí)間計(jì)算恒定條件下的干燥速度恒定條件下的干燥速度恒速階段干燥時(shí)間計(jì)算恒速階段干燥時(shí)間計(jì)算2.近似計(jì)算近似計(jì)算干燥速率干燥速率U，kg/(m2s)2.00.40 0.1 0.2 0.3

16、0.4 0.5 0.6 0.7干基含水率干基含水率X X恒定干燥條件下的干燥速率曲線恒定干燥條件下的干燥速率曲線臨臨界界含含水水量量 XC降速階段降速階段E 恒速階段恒速階段CX*ABA13.3.4 降速階段干燥時(shí)間降速階段干燥時(shí)間2的計(jì)算的計(jì)算 C22XX2C02UdXAGd降速階段干燥曲線直線，則降速階段干燥曲線直線，則XXUXXUKCCX斜率XXXXUUCCXXXXlnAUXXG2CCCC21. 圖解積分：圖解積分：X-1/U圖積分圖積分3、干燥總時(shí)間、干燥總時(shí)間 )XXXXlnXXXX(AKG*2*c*cc1Xc21*2*c*cc121XXXXlnXXXX13.3.4 降速階段干燥時(shí)間降速階段干燥時(shí)間2的計(jì)算的計(jì)算 例例 13-2將物料的干基含水率將物料的干基含水率X從從0.6降到降到0.1，經(jīng)歷了經(jīng)歷了4 hrs，物料在干燥條件下，物料在干燥條件下XC=0.15， X*=0.02，且降速階段，且降速階段U2(X- X*).試求：試求： 將物料繼續(xù)干燥至將物料繼續(xù)干燥至0.05所需干燥時(shí)間。所需干燥時(shí)間。 13.3 干燥速率和干燥時(shí)間干燥速率和干燥時(shí)間解：解：分析：已知干燥過(guò)程包括分析：已知干燥過(guò)程包括恒速和降速恒速和降速過(guò)程，通過(guò)過(guò)程，通過(guò)已知干燥時(shí)間和物料干基含水量變化求解已知