干燥速率和干燥时间

11.5干燥速率和干燥时间一、平衡曲线二、物料中所含水分的性质三、干燥实验和干燥曲线四、干燥速率与干燥速率曲线五、干燥过程机理六、干燥时间的计算一、平衡曲线)(*fX湿物料湿空气X接触时间～*XX平衡曲线达平衡状态时平衡湿含量～X*X平衡含水量X*与空气相对湿度的关系（25℃）1－新闻纸2－羊毛、毛织物3－硝化纤维4－丝5－皮革6－陶土7－烟叶8－肥皂9－牛皮胶10－木材11－玻璃绒12－棉花二、物料中所含水分的性质在一定的干燥条件下不能被除去的水分平衡水分X*大于平衡水分的水分自由水分X-X*物料所含水分＝平衡水分＋自由水分平衡水分自由水分按能否被除去划分，取决于物料的性质和空气的状态。1.平衡水分与自由水分结合水分的特点svpp结合力强，不易除去。二、物料中所含水分的性质2.结合水分与非结合水分物料表面吸附及空隙中所含的水分物料细胞壁及毛细孔道内所含的水分湿物料结合水分非结合水分*AXX非结合水分的特点svpp结合力弱，容易除去。二、物料中所含水分的性质物料所含水分＝结合水分＋非结合水分结合水分非结合水分按除去的难易程度划分，仅取决于物料的性质，而与空气的状态无关。*AXX固体物料中所含水分的性质X总水分*X平衡水分自由水分%100svpp非结合水分结合水分平衡水不可除去；结合水可部分除去；非结合水和自由水可全部除去。平衡水分必是结合水分三、干燥实验和干燥曲线1.恒定干燥实验恒定干燥条件间歇操作用大量的空气干燥少量的物料空气温度、湿度、速度及与物料的接触方式不变实验数据时间τ物料温度θ物料湿含量X预热阶段～～恒速干燥阶段（第一干燥阶段）～干燥阶段X较小ddX～～～X很大ddX不变降速干燥阶段（第二干燥阶段）～～～X逐渐减小趋近于零ddX热量主要用于物料升温热量用于汽化水分热量用于汽化水分和加热物料三、干燥实验和干燥曲线三、干燥实验和干燥曲线2.干燥曲线将物料含水量Ｘ（或物料表面温度）对干燥干燥曲线X～τ曲线θ～τ曲线时间τ绘图，所得图形称为干燥曲线。干燥曲线（X～τ关系）ABCDE预热阶段恒速干燥阶段降速干燥阶段干燥曲线（θ～τ关系）ABCDE预热阶段恒速干燥阶段降速干燥阶段12Wt四、干燥速率与干燥速率曲线1.干燥速率单位时间单位干燥面积上汽化的水分质量。SdWdUdXGWdSddXGU定义skgms)(mkg'2)(干燥时间，气化的水分量，干燥面积，干燥通量干燥速率：：：，：WSUkg绝干物料量，四、干燥速率与干燥速率曲线2.干燥速率曲线U与Ｘ的关系曲线—干燥速率曲线。干燥曲线)(fXddXU干燥速率曲线)(XfU曲线斜率恒定干燥条件下干燥速率曲线AB预热阶段C恒速干燥阶段DE*X降速干燥阶段CUCX临界湿含量临界干燥速率五、干燥过程机理湿空气水分传递①由内部向表面迁移②由表面向空气中汽化湿物料①②1.恒速干燥阶段内部迁移速率表面汽化速率特征表面维持润湿状态，汽化的水分为非结合水分空气传给湿物料显热＝水分汽化所需潜热表面汽化控制阶段五、干燥过程机理2.降速干燥阶段内部迁移速率表面汽化速率表面逐渐变干，汽化的水分为结合水分干燥速率)(形状、尺寸物料本身结构、fU五、干燥过程机理内部迁移控制阶段特征1.恒定干燥条件下干燥时间的计算(1)恒速干燥阶段SddXGUconstUUccXXcdXSUGd110由六、干燥时间的计算)(11ccXXSUG积分得恒速干燥阶段干燥时间Uc的来源由干燥速率曲线得出由经验公式计算Xc的来源由干燥速率曲线得出由手册查出六、干燥时间的计算(2)降速干燥阶段2202XXCUdXSGdSddXGUconstU由六、干燥时间的计算设U与X为线性关系*0XXUkccX*XXkUXXU*0XXUkX*XXkUcXc六、干燥时间的计算积分得*2*2lnXXXXSkGcX*2**'2lnXXXXUXXSGccccXXXXXkdXSGd22)(*02降速干燥阶段干燥时间六、干燥时间的计算若X*很低或缺乏X*数据，令0*XXkXXkUXX*2'2lnXXUXSGccc则故此降速干燥阶段干燥时间六、干燥时间的计算总干燥时间212.变动干燥条件下干燥时间的计算(选读))ln1(21XXXXSUXGcccc0*X若六、干燥时间的计算例：在常压干燥器中干燥某种湿物料。已知物料的临界含水量为0.10kg/kg绝干料，平衡含水量为0.01kg/kg绝干料。物料初始和最终干基含水量分别为0.25及0.0204。恒速阶段干燥时间为1h，降速阶段的干燥曲线为直线。试求物料在干燥器中的停留时间至少为若干(h)。)(ccc11XXSUG*)(*)(ln*)(22ccccXXXXUXXSG解：)(ccc11XXSUG*)(*)(ln*)(22ccccXXXXUXXSGc2XX∴干燥过程包括恒速和降速两干燥阶段由ccc11XXSUG15.0110.025.0101.00204.001.010.0ln)01.010.0(15.01h295.1h295.221例：某湿物料l0kg，均匀地平摊在长0.8m，宽0.6m的平底浅盘内，并在恒定的空气条件下进行干燥,物料的初始含水量为15％，干燥4小时后含水量降为8％，已知在此条件下的平衡含水量为1％，临界含水量为6％(皆为湿基)，并假定降速阶段的干燥速率与物料的自由含水量(干基)呈线性关系，试求：将物料继续干燥至含水量为2％，所需要总干燥时间为多少?解:绝干物料的量kgwGG5.8)15.01(10)1(11初始含水量绝干料水kgkgwwX176.015.0115.01111绝干料水kgkgwwX087.008.0108.01干燥4小时含水量平衡含水量绝干料水kgkgwwX0101.001.0101.01***临界含水量绝干料水kgkgwwXccc0638.006.0106.01最终含水量绝干料水kgkgwwX0204.002.0102.01222cXX故4小时全为恒速干燥)(1XXSGUchmkg2/394.0)087.0176.0(46.08.05.8将物料干燥到临界含水量需要的时间为)(11ccXXSUGh04.5)0638.0176.0(6.08.0394.05.8继续将物料干燥至2X所需的时间为0101.00204.00101.00638.0ln394.06.08.0)0101.00638.0(5.8*)(*)(ln*)(22XXXXUXXSGccch98.3例题：已知某物料在恒定干燥条件下从初始含水量0.4kg水/kg绝干料降至0.08kg水/kg绝干料，共需6小时，物料的临界含水量Xc=0.15kg水/kg绝干料，平衡含水量X*=0.04kg水/kg绝干料，降速阶段的干燥速率曲线可作为直线处理。试求：①恒速干燥阶段所需时间τ1及降速阶段所需时间分别为多少？②若在同样条件下继续将物料干燥至0.05kg水/kg绝干料，还需多少时间？2)(11ccXXSUG*)(*)(ln*)(22XXXXUXXSGccc)04.008.0()04.015.0(ln)04.015.0()15.04.0(*)(*)(ln*)()(2121XXXXXXXXccc247.2又因h621解得：h15.41h85.12解：①X由0.4降至0.08kg水/kg绝干料经历两阶段：②继续干燥时间设从临界含水量Xc=0.15降至X3=0.05kg水/kg干料所需时间为3，则37.2)04.008.0()04.015.0(ln)04.005.0()04.015.0(ln*)(*)(ln*)(*)(ln2323XXXXXXXXcc继续干燥所需时间为h54.285.137.137.1223一、干燥器的基本要求干燥器的基本要求保证干燥产品的质量要求干燥速率快操作控制方便、劳动条件好含水量强度形状热效率高11.6干燥设备二、干燥器的分类按传热方式分类对流干燥器厢式干燥器气流干燥器沸腾干燥器转筒干燥器喷雾干燥器传导干燥器滚筒干燥器真空盘架式干燥器红外线干燥器辐射干燥器微波干燥器介电干燥器11.6干燥设备思考题1.何为平衡水分与自由水分，根据什么划分？2.何为结合水分与非结合水分，根据什么划分？3.干燥曲线有何形式，其构造如何？4.何为干燥速率，干燥速率曲线的构造如何？