青海大学干燥课件第5章第3节固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系
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1、第第五五章章 干燥干燥一、一、物料中所含水分的性质物料中所含水分的性质 二、二、干燥曲线和干燥速率曲线干燥曲线和干燥速率曲线 三、干燥时间的计算三、干燥时间的计算 第第三三节节 固体物料在干燥过程中的平衡关系与固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系速率关系 2022-5-302022-5-30一、物料中所含水分的性质一、物料中所含水分的性质 1、平衡水分及自由水分、平衡水分及自由水分1) 平衡水分平衡水分 当物料与一定状态的空气接触后，物料将释放或吸入水分，最终达到恒定的含水量，若空气状态恒定，则物料将永远维持这么多的含水量，不会因接触时间延长而改变，这种恒定的含水量称为该物料在固定空气状态
2、下的平衡水分，又称平衡含湿量或平衡含水量，以X*表示，单位为kg水/kg绝干料。 用某种空气无法再去除的水分，可由实验测得。与物料的种类、温度及空气的相对湿度有关，物料中的平衡水分随温度升高而减小随湿度的增加而增加。2) 自由水分自由水分 在干燥过程中所能除去的超出平衡水分的那一部分水分。2022-5-30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棉花湿物料用湿湿物料用湿空气进行干空气进行干燥，能否得燥，能否得到绝干物料？到绝干物料？非 吸 水 性 物 料 ，非 吸 水 性 物 料 ，x x* *1k
3、g8kg8kg水水/100kg/100kg干料干料2022-5-302、结合水分和非结合水分、结合水分和非结合水分结合水分: 与物料存在某种形式的结合，其汽化能力比独立存在的水要低，蒸气压或汽化能力与水分和物料结合力的强弱有关。非结合水分: 与物料机械形式的结合，附着在物料表面的水，具有和独立存在的水相同的蒸气压和汽化能力。难于除去难于除去易于除去易于除去结合水分按结合方式可分为：吸附水分、毛细管水分、溶涨水分(物料细胞壁内的水分)和化学结合水分(结晶水)。化学结合水分与物料细胞壁水分以化学键形式与物料分子结合，结合力较强，难汽化；吸附水分和毛细管水分以物理吸附方式与物料结合，结合力相对较弱，
4、易于汽化。2022-5-30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%100spp 非结合水分结合水分物料的总水分、平衡水分、自由水分、非结合水分与结合水分之间的关系。平衡水分一定是结合水分；自由水平衡水分一定是结合水分；自由水分包括了全部非结合水分和一部分分包括了全部非结合水分和一部分结合水分。结合水分。2022-5-30二、干燥曲线和干燥速率曲线二、干燥曲线和干燥速率曲线 1、干燥实验和、干燥实验和干燥曲线干燥曲线干燥实验: 用大量的热空气干燥少量的湿物料，空气的温度、湿度、气速及流动方式等都恒定不变。定时测定物料的质量变化，并记录每一时间 时物料的质量W及物料的表面温度 ，直
5、到物料的质量恒定为止，此时物料与空气达到平衡状态，物料中所含水分即为该条件下的平衡水分。恒定干燥条件v 间歇操作v 用大量的空气干燥少量的物料v 维持空气的速度及与物料的接触方式不变实验数据时 间 物料温度 物料质量 W物料湿含量 X2022-5-30洞道干燥实验流程示意图 1洞道干燥室 2离心鼓风机 3孔板流量计 4温度计 5干燥物料 6重量传感器 7加热器 8湿球温度计 9干球温度计10重量显示仪11温度显示仪12湿球温度显 示仪13电加热控制 仪表2022-5-30干燥曲线: 物料含水量X与干燥时间 、物料表面温度 和干燥时间 的关系曲线，这两条曲线均称为干燥曲线。AX1AB预热阶段BC
6、干燥阶段（第一干燥阶段）X较小ddXX很大ddX不变wtCD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2022-5-302、干燥速率曲线干燥速率曲线干燥速率曲线: 干燥速率U或干燥速度N与湿含量X的关系曲线。干燥过程的特征在干燥速率曲线上更为直观。干燥速率: 单位时间内，单位干燥面积上汽化的水分质量,即dWUSddWG dX G dXUSd ABC段表示干燥第一阶段，BC段为恒速干燥阶段,AB段为物料的预热阶段，但此段所需的时间很短，一般并入BC段内考虑 。CDE段为第二阶段，在此阶段内干燥速率随物料含水量的减小而降低，称为降
7、速干燥阶段。两个干燥阶段之间的交点称为临界点。与该点对应的物料含水量称为临界含水量Xc。 设物料的初始湿含量为X1，产品湿含量为X2; 当X1Xc和X2Xc时，干燥有两个阶段； 当X1Xc或X2Xc时，干燥都只有一个阶段，即恒速干燥段。2022-5-30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2022-5-303、干燥机理、干燥机理(1) 恒速干燥阶段 恒速干燥阶段中，固体物料的表面非常润湿，其状况与湿球温度计的湿棉布表面的状况类似。恒定干燥条件下 =tw，p=ps和kH 不变湿物料与空气间的Q和N恒定 恒速干燥的特点v1）U=Uc
