1、知識(shí)點(diǎn)編號(hào)：ZYKC20112902030501干燥速率 新課導(dǎo)入 首先回顧一下上知識(shí)點(diǎn)“濕物料中水分的性質(zhì)”中講述的內(nèi)容。 一、結(jié)合水分和非結(jié)合水分 根據(jù)物料本身的性質(zhì)，即物料中所含水分被除去的難易程度，可將物料中所含的水分分為結(jié)合水分和非結(jié)合水分。1.非結(jié)合水分 物料表面的吸附水分和存在于大孔隙中的水分，屬于與物料的機(jī)械結(jié)合水分，與物料之間的結(jié)合力弱，其飽和蒸氣壓等于同溫度下純水的飽和蒸氣壓，用干燥的方法容易除去，這部分水分稱為非結(jié)合水分。2.結(jié)合水分 物料中毛細(xì)管內(nèi)的水分、細(xì)胞壁內(nèi)的水分以及與物料結(jié)合力較強(qiáng)的水分，所產(chǎn)生的蒸氣壓低于同溫度下純水的飽和蒸氣壓，用干燥方法不易除去，這部分水分

2、稱為結(jié)合水分。在干燥過(guò)程中，除去結(jié)合水分比除去非結(jié)合水分難。 二、平衡水分和自由水分 根據(jù)物料干燥過(guò)程中的干燥情況，物料中所含的水分分為平衡水分和自由水分。 1.平衡水分 一物料與一定濕度和溫度的空氣接觸時(shí)，要產(chǎn)生水分的擴(kuò)散或遷移。當(dāng)物料表面產(chǎn)生的水汽分壓等于空氣中的水汽分壓時(shí)，兩者處于平衡狀態(tài)，即物料中所含的水分將永遠(yuǎn)維持一定值，不因與空氣接觸的時(shí)間延長(zhǎng)而改變。此時(shí)物料中所含水分稱為在該情況下（一定濕度和溫度的空氣）物料的平衡含水量，又稱平衡水分，用X*表示，單位為kg（水）/kg（干料）。不同物料有不同的平衡水分；同一物料又因所接觸的空氣性質(zhì)（溫度、濕度）而不同。 2.自由水分 濕物料中的

3、水分含量大于平衡水分時(shí)，則其含水量與平衡水分之差稱為自由水分。平衡水分和自由水分還有一種非常通俗的說(shuō)法，即：在一定干燥條件下，能用干燥方法除去的水分稱為自由水分；用干燥方法不能除去的水分稱為平衡水分。新課導(dǎo)入 濕物料在干燥過(guò)程中，有時(shí)快，有時(shí)慢，用什么指標(biāo)來(lái)衡量呢？前面介紹的結(jié)合水分與非結(jié)合水分、平衡水分與自由水分又會(huì)表現(xiàn)什么性質(zhì)呢？ 干燥速率是指單位時(shí)間內(nèi)、單位干燥面積上所汽化的水分的質(zhì)量，用符號(hào)U表示，單位是kg水/(m2.s)。 干燥速率是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的，該實(shí)驗(yàn)是用大量空氣干燥少量濕物料，故可認(rèn)為實(shí)驗(yàn)是在恒定干燥條件下進(jìn)行的。圖1是由實(shí)驗(yàn)所繪得的干燥速率曲線，圖的橫坐標(biāo)是干基含水量，縱坐

4、標(biāo)為干燥速率, 表明在一定干燥條件下，干燥速率與物料的干基含水量的關(guān)系。從該曲線可以看出，干燥速率很明顯分為兩個(gè)階段，即恒速干燥階段BC和降速干燥階段CE,下面分別介紹恒速干燥階段和降速干燥階段。 新課展開(kāi)新課展開(kāi)1恒速干燥階段 如圖1所示，其中BC段，在該階段，線段水平，干燥速率為一定值，即干燥速率保持不變，且不隨物料干基含水量的變化而變化。 圖1 恒定干燥條件下的干燥速率曲線 新課展開(kāi) 1恒速干燥階段 干燥開(kāi)始進(jìn)行時(shí)，物料表面的含水量較高，其表面的水分可以認(rèn)為是非結(jié)合水分，在恒速干燥階段，物料內(nèi)部水分的擴(kuò)散速率大于表面水分汽化速率，物料表面始終被水分所潤(rùn)濕。物料表面水分的蒸汽壓與空氣中水分

5、的蒸汽壓之差保持不變，空氣傳給物料的熱量等于水分汽化所需的熱量。圖1 恒定干燥條件下的干燥速率曲線 此時(shí)，干燥速率的大小取決于物料表面水分汽化速率的大小，取決于濕空氣的性質(zhì)，而與濕物料的性質(zhì)關(guān)系很小，因此，恒速干燥階段又稱為表面汽化控制階段或干燥第一階段，在該階段，物料表面的溫度基本保持為空氣的濕球溫度。新課展開(kāi)2降速干燥階段 如圖1所示，其中CE段，在該階段，干燥速率隨干基含水率的降低不斷下降。 干燥進(jìn)行到一定階段后，由于物料內(nèi)部水分的擴(kuò)散速率小于表面水分的汽化速率，物料表面的水分量逐漸減小，干燥速率不斷下降。在該階段，干燥速率主要取決于物料本身的結(jié)構(gòu)、形狀和大小等性質(zhì)，而與空氣性質(zhì)的關(guān)系很

6、小。圖1 恒定干燥條件下的干燥速率曲線 因此，降速干燥階段又稱為內(nèi)部水分控制階段或干燥第二階段。在該階段，由于空氣傳給濕物料的熱量大于水分汽化所需的熱量，濕物料表面溫度不斷上升，最終接近空氣的溫度。新課展開(kāi)2降速干燥階段 恒速干燥階段與降速干燥階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)C稱為臨界點(diǎn)，該點(diǎn)的干燥速率仍為恒速干燥速率，與該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的濕物料的含水量稱為臨界含水量Xc。臨界點(diǎn)是物料中非結(jié)合水分與結(jié)合水分劃分的界限，物料的含水量大于臨界含水量的部分是非結(jié)合水分，小于臨界含水量的是結(jié)合水分。 圖1 恒定干燥條件下的干燥速率曲線 新課展開(kāi)2降速干燥階段 在降速干燥降段，圖1中有兩條線，這是因?yàn)槟承裎锪细稍飼r(shí)，干燥曲線的降

7、速段中有一轉(zhuǎn)折點(diǎn)D，所以可把降速階段分為第一降速階段和第二降速階段，轉(zhuǎn)折點(diǎn)D稱為第二臨界點(diǎn)，如圖1中的線段CDE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1中的虛線段CE所示。圖1 恒定干燥條件下的干燥速率曲線 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。新課展開(kāi)圖1 恒定干燥條件下的干燥速率曲線 2降速干燥階段 干燥速率曲線與橫軸的交點(diǎn)E所表示的含水量為物料的平衡含水量X*，即平衡水分，干燥速率為零。 綜上所述，當(dāng)物料的含水量大于臨近含水量時(shí)，屬于恒速干燥階段；當(dāng)物料的含水量小于臨界含水量時(shí)，屬

8、于降速干燥階段；當(dāng)物料的含水量為平衡含水量時(shí)，干燥速率為零。實(shí)際上，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，物料干燥的限度不可能是平衡含水量，而是在平衡含水量與臨界含水量之間的某一數(shù)值，其值視生產(chǎn)要求和經(jīng)濟(jì)核算而定。 新課展開(kāi) 想一想：圖1中曲線AB表示干燥的什么階段？ 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(guò)程，在該過(guò)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(guò)程的時(shí)間很短，在分析干燥過(guò)程中常可忽略，將其作為恒速干燥的一部分。 圖1 恒定干燥條件下的干燥速率曲線 課堂

9、小結(jié) 干燥速率是指單位時(shí)間內(nèi)、單位干燥面積上所汽化的水分的質(zhì)量，用符號(hào)U表示，單位是kg水/(m2.s)。干燥速率很明顯分為兩個(gè)階段，即恒速干燥階段BC和降速干燥階段CE。 1恒速干燥階段 干燥速率為一定值，即干燥速率保持不變，且不隨物料干基含水量的變化而變化。 物料表面水分的蒸汽壓與空氣中水分的蒸汽壓之差保持不變，空氣傳給物料的熱量等于水分汽化所需的熱量。此時(shí)，干燥速率的大小取決于物料表面水分汽化速率的大小，取決于濕空氣的性質(zhì)，而與濕物料的性質(zhì)關(guān)系很小，因此，恒速干燥階段又稱為表面汽化控制階段或干燥第一階段，在該階段，物料表面的溫度基本保持為空氣的濕球溫度。 2降速干燥階段 干燥速率隨干基含

10、水率的降低不斷下降。干燥速率主要取決于物料本身的結(jié)構(gòu)、形狀和大小等性質(zhì)，而與空氣性質(zhì)的關(guān)系很小。降速干燥階段又稱為內(nèi)部水分控制階段或干燥第二階段。在該階段，由于空氣傳給濕物料的熱量大于水分汽化所需的熱量，濕物料表面溫度不斷上升，最終接近空氣的溫度。課堂小結(jié) 恒速干燥階段與降速干燥階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)C稱為臨界點(diǎn)，臨界點(diǎn)C是物料中非結(jié)合水分與結(jié)合水分劃分的界限，物料的含水量大于臨界含水量的部分是非結(jié)合水分，小于臨界含水量的是結(jié)合水分。 干燥速率曲線與橫軸的交點(diǎn)E所表示的含水量為物料的平衡含水量X*，即平衡水分，干燥速率為零。 綜上所述，當(dāng)物料的含水量大于臨近含水量時(shí)，屬于恒速干燥階段；當(dāng)物料的含水量小于臨界含水量時(shí)，屬于降速干燥階段；當(dāng)物料的含水量為平衡含水量時(shí)，干燥速率為零。實(shí)際上，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，物料干燥的限度不可能是平衡含水量，而是在平衡含水量與臨界含水量之間的某一數(shù)值，其值視生產(chǎn)要求和經(jīng)濟(jì)核算而定。作業(yè)布置 1.單項(xiàng)選擇(1) 干燥速率隨干基含水率的降低不斷下降。干燥速率主要取決于物料本身的結(jié)構(gòu)、形狀和大小等性質(zhì)，而與空氣性質(zhì)的關(guān)系很小。這是 。選擇（ ）干燥第一階段；