干燥技术2教学课件.ppt

五五 . 水分在气水分在气固两相间的平衡固两相间的平衡 (物料中所含水分性质物料中所含水分性质)(一一)水与物料不同的结合方式水与物料不同的结合方式1.吸附水分吸附水分 吸水性物料以吸水性物料以吸附力吸附力结合结合 的水分的水分.； 湿物料粗糙表面上湿物料粗糙表面上机械地机械地 附着附着的水分的水分2.毛细管水分毛细管水分(多孔性物质多孔性物质) 较大毛细管孔隙内水分同机械吸较大毛细管孔隙内水分同机械吸 附水分；附水分； 较小毛细管孔隙内水分受较小毛细管孔隙内水分受毛细管力毛细管力作用作用。物料在结晶过程中以物料在结晶过程中以化学力化学力结合的水分结合的水分。渗透进物料的细胞壁中，使物料体积增加，渗透进物料的细胞壁中，使物料体积增加，并成为物料的组成部分，极难脱除。并成为物料的组成部分，极难脱除。4.化学结合水分化学结合水分(不在干燥之列不在干燥之列)3.物料细胞壁内水分物料细胞壁内水分(溶胀水分溶胀水分)(二二)物料中的水分分类：物料中的水分分类：1、平衡水分与自由水分：、平衡水分与自由水分：根据物料中所含水分在一根据物料中所含水分在一定的条件下能否用对流干燥的方法将除去来划分为定的条件下能否用对流干燥的方法将除去来划分为平衡水分和自由水分。平衡水分和自由水分。（1） 平衡水分（平衡水分（X*）不能用干燥方法除去的水不能用干燥方法除去的水分。分。 X* = f（物料种类、空气性质）（物料种类、空气性质）（2） 自由水分（自由水分（XX*可用干燥方法除去的可用干燥方法除去的水分。水分。 *X小不吸水物料的*X*Xtv如将某一物料与一定温度及湿度地空如将某一物料与一定温度及湿度地空气相接触，物料将被除去或吸收水分，气相接触，物料将被除去或吸收水分，直到直到物料表面所产生的水蒸汽压力与物料表面所产生的水蒸汽压力与空气中的水蒸汽压力相等空气中的水蒸汽压力相等为止，而使为止，而使物料的含水量达于一定数值，此数值物料的含水量达于一定数值，此数值称为该光线状态下此物料的称为该光线状态下此物料的平衡含水平衡含水量。量。v平衡水分因物料种类的不同有很大的差别；平衡水分因物料种类的不同有很大的差别；同一种物料的平衡水分也因空气状态的不同一种物料的平衡水分也因空气状态的不同而异。同而异。v只有使物料与相对湿度百分数为零的空气只有使物料与相对湿度百分数为零的空气相接触，才能获得绝干的物料；反之如果相接触，才能获得绝干的物料；反之如果使物料与一定湿度的空气接触，物料中总使物料与一定湿度的空气接触，物料中总有一部分水（即平衡水分）不能除去。故有一部分水（即平衡水分）不能除去。故平衡水分是在一定的空气状态下物料可以平衡水分是在一定的空气状态下物料可以被干燥的最大限度。被干燥的最大限度。结合水结合水是指存在于物料细胞壁内的水分、小毛细管是指存在于物料细胞壁内的水分、小毛细管中的水分以及胶体结构物料中的水分等。这些水中的水分以及胶体结构物料中的水分等。这些水分与物料结合力强，因此结合水分的特点是产生分与物料结合力强，因此结合水分的特点是产生低蒸汽压，即其蒸汽压低于同温度下纯水的蒸汽低蒸汽压，即其蒸汽压低于同温度下纯水的蒸汽压，所以结合水是压，所以结合水是较难除去的水分较难除去的水分。非结合水非结合水是指存在于物料表上的润湿水以及颗粒堆是指存在于物料表上的润湿水以及颗粒堆积层中的大空隙中的水分等。这些水与物料结合积层中的大空隙中的水分等。这些水与物料结合力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，因此非结合水的气化与纯水的气化相同，在同，因此非结合水的气化与纯水的气化相同，在干燥过程中干燥过程中易被除去易被除去。2、结合水分与非结合水分、结合水分与非结合水分v结合水与非结合水分都很难用实验方法直结合水与非结合水分都很难用实验方法直接测定，但可根据它们的特点，而利用平接测定，但可根据它们的特点，而利用平衡关系外推得到。衡关系外推得到。在一定温度下，物料中在一定温度下，物料中的结合水与非结合水的划分，只取决于物的结合水与非结合水的划分，只取决于物料本身的特性，而与其接触的空气无关。料本身的特性，而与其接触的空气无关。v平衡水分一定是结合水分。平衡水分一定是结合水分。1001005050X X自由水分结合水分非结合水总水分平衡水分【例题例题】在常压在常压25下，水分在下，水分在ZnO与空气间与空气间的平衡关系为：相对湿度的平衡关系为：相对湿度 100%，平衡含，平衡含水量水量X*0.02 kg水水/kg干料相对湿度干料相对湿度 40%，平衡含水量平衡含水量X*0.007 kg水水/kg干料，现干料，现ZnO的的含水量为含水量为0.25 kg水水/kg干料，令其与干料，令其与25， 40%的空气接触，求物料的自由水分、平衡的空气接触，求物料的自由水分、平衡水分、结合水分和非结合水分。水分、结合水分和非结合水分。案例分析案例分析练习题练习题v常压下常压下,已知已知25时氯化镁物料的气固两时氯化镁物料的气固两相水分的平衡关系是相水分的平衡关系是:当当=100%=100%时时,X,X* *=0.02=0.02水水/ / 绝干物料绝干物料; ;当当=40%=40%时时, , X X* *=0.007=0.007水水/ / 绝干物料绝干物料. .设氯化镁的含设氯化镁的含水量为水量为0.250.25水水/ / 绝干物料绝干物料, ,若若t=25 t=25 ,与与 =40%=40%的恒定空气长时间充分接触的恒定空气长时间充分接触, ,试试问物料的平衡含水量问物料的平衡含水量, ,自由含水量自由含水量, ,结合水结合水, ,非结合水的含水量是多少非结合水的含水量是多少? ?干燥设备的设计计算干燥设备的设计计算平衡关系平衡关系干燥方向与极限干燥方向与极限速率关系速率关系干燥时间长短干燥时间长短干燥静力学干燥静力学干燥动力学干燥动力学热量衡算热量衡算 Q L W物料衡算物料衡算第三节第三节 干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥干燥气、固同时传质、热的过程气、固同时传质、热的过程。而物料的性质、形状、尺寸、受热能力以及干而物料的性质、形状、尺寸、受热能力以及干燥要求千差万别，使得燥要求千差万别，使得干燥介质、设备类型、干燥介质、设备类型、加热方式、干介与物料间流向加热方式、干介与物料间流向等的选择，以及等的选择，以及某些参数的确定都必须根据具体情况决定。某些参数的确定都必须根据具体情况决定。 设计型计算设计型计算 用已知条件和干燥要求确定用已知条件和干燥要求确定操作参数操作参数(L，W，Q等等) 和设备的工艺尺寸和设备的工艺尺寸(干燥干燥时间和干燥设备的截面积时间和干燥设备的截面积) 。一一. .物料衡算物料衡算 物料衡算要解决的问题是：将湿物物料衡算要解决的问题是：将湿物料干燥到指定的含水量所需蒸发的水分量；料干燥到指定的含水量所需蒸发的水分量；干燥过程需要消耗的空气量。为进一步干燥过程需要消耗的空气量。为进一步进行热量衡算、选用通风机和确定干燥器进行热量衡算、选用通风机和确定干燥器的尺寸提供有关数据。的尺寸提供有关数据。 LH1+GcX1=LH2+GcX2 或或 L(H2-H1)=G (X1-X2)=W kg水水/s L ,H0L ,H1Gc,X2L, H2Gc ,X1Q（一）水分蒸发量（一）水分蒸发量W 对对连续操作连续操作逆流干燥器逆流干燥器作关于水分的物料衡算，以作关于水分的物料衡算，以1s为衡算基准，设干燥器内为衡算基准，设干燥器内无物料损失。则：无物料损失。则：对对间歇操作间歇操作的干燥器作物料衡算，以处理一批物的干燥器作物料衡算，以处理一批物料所需的时间及物料量为衡算基准。料所需的时间及物料量为衡算基准。（二）空气消耗量（二）空气消耗量 衡量干燥效衡量干燥效果的指标之一果的指标之一蒸发蒸发1kg水分的水分的“单位空气消耗量单位空气消耗量”121221)(HHWHHXXGL kg干气干气/s 为了为了选择选择输送空气的输送空气的风机风机型号，可以用下式计型号，可以用下式计算出相应于算出相应于L kg干气干气/s的湿空气的体积流量：的湿空气的体积流量： 121HHWLl kg干气干气/ kg水水由上式由上式 ：L(H2-H1)=G(X1-X2)=W2730.773 1.244273HHtVLvHL（三）干燥产品流量（三）干燥产品流量G2GC 单位时间内单位时间内绝干物料流量绝干物料流量，绝干料，绝干料 kg / s221(1)CGGXGW2211(1)(1)CGwGwG21121)1(wwGG 二二 、热量衡算、热量衡算QLI1, L, t1 , H1 产品产品G2, w2, (X2), 2 湿物料湿物料G1, w1, (X1), 1I2, L, t2 , H2废气废气I0, L, t0 , H0新鲜空气新鲜空气QP预热器预热器QD干干燥燥器器预热器传给干燥介质的预热器传给干燥介质的热量为热量为 ：)(01IILQp对间壁预热器中进行加热，对间壁预热器中进行加热，则则H H0 0=H=H1 1，即即 ：)(010ttLcQHp预热器L H0t0 I0QPL H1t1 I1 加加热热剂剂消消耗耗量量）(WQStKSQQhpmpp 干燥器2.2.向干燥器补充的热量向干燥器补充的热量L IL I1 1 H H1 1 t t1 1G G1 1 w w1 1 I I1 1 1 1L IL I2 2 H H2 2 t t2 2G G2 2 w w2 2 I I2 2 2 2Q QD DLcDcQIGLIQIGLI2211Q QL LLccDQIGIGIILQ1212)(湿物料的焓的表示湿物料的焓的表示: :以以00液态湿分及固体液态湿分及固体的焓为的焓为0 0，则以，则以1kg1kg绝绝干物料为基准的焓：干物料为基准的焓：;:;:;:;:)(湿物料中湿分的比热湿物料的温度绝干物料的比热干基湿含量wswsCCXXCCI3. 干燥系统总热量消耗干燥系统总热量消耗 (衡算衡算)=1.01L(t2-t0)+L(2490+1.88t2)(H2-H0) H1=H0及及L=W / (H2-H1) =W(2490+1.88t2) 加热干空气加热干空气 蒸发水分蒸发水分 加热物料加热物料 热损失热损失=L(I2-I0)+G (I2-I1)+QL假设假设: 1.新鲜空气中水气的焓新鲜空气中水气的焓=废气中水气的焓废气中水气的焓 Iv0=Iv2 =Qv+Gcm( 2- 1) +QL2.湿物料进出干燥器时比热取平均值湿物料进出干燥器时比热取平均值 cm=cs+cwXQ=QP+QD=L(I1-I0)+L(I2-I1)+G (I2-I1)+QL 三、干燥器的热效率与干燥效率三、干燥器的热效率与干燥效率干燥器的热效率干燥器的热效率02121010100%(1.01 1.88)()100%100%)()LHtttttttt 10空气在干燥器内所放出的热量空气在预热器中所获得的热量L(1.01+1.88H影响热效率的因素影响热效率的因素1. 一定时，、10tt2H2t2. 一定时，、20tt1tt2不能过低，一般规定不能过低，一般规定t2比进入干燥比进入干燥器时空气的湿球温度器时空气的湿球温度tw高高20 50。才能保证空气进入干燥器以后的分离才能保证空气进入干燥器以后的分离设备中不致析出水滴，否则，将会使设备中不致析出水滴，否则，将会使产品返潮，且易造成管道堵塞和设备产品返潮，且易造成管道堵塞和设备材料腐蚀等。材料腐蚀等。干燥器的干燥效率干燥器的干燥效率 21012100%(2500 1.884.187 )100%(1.01 1.88)()WtLHtt干燥器中蒸发水分所需热量空气在干燥器内放出的热量v干燥器的热效率和干燥效率表示干燥器的操作性干燥器的热效率和干燥效率表示干燥器的操作性能，其值越高表示热利用程度越好。能，其值越高表示热利用程度越好。 提高的措施提高的措施 降低废气的温度；降低废气的温度； 提高空气的预热温度；提高空气的预热温度； 减少干燥过程的各项热损失；减少干燥过程的各项热损失； a. a. 做好干燥设备和管道的保温工作；做好干燥设备和管道的保温工作； b. b. 防止干燥系统的渗透；防止干燥系统的渗透； 采用部分废气循环操作采用部分废气循环操作练习题练习题1v有一干燥器干燥某一物料，每小时处有一干燥器干燥某一物料，每小时处理物料量为理物料量为2000kg，经干燥后使物，经干燥后使物料的湿基含水量由料的湿基含水量由30%减至减至10%，试求水分的蒸发量。试求水分的蒸发量。练习题练习题2v在一连续干燥器中干燥盐类结晶在一连续干燥器中干燥盐类结晶,每小时处理湿每小时处理湿物料量为物料量为1000kg,经干燥后物料的含水量由经干燥后物料的含水量由40%减至减至5%(均为湿基均为湿基),以热空气为干燥介质以热空气为干燥介质,初始湿度初始湿度H0为为0.009kg水水/kg绝干气绝干气,离开干燥离开干燥器时的湿度器时的湿度H2为为0.039kg水水/kg绝干气绝干气,假定干假定干燥过程中无物料损失燥过程中无物料损失,试求试求(1)水分蒸发量水分蒸发量W(kg/h);v(2)空气消耗量空气消耗量L (kg/h);第四节第四节 干燥时间的确定干燥时间的确定v工程上工程上,对某物料欲除去一定的水量对某物料欲除去一定的水量,需要需要一定的时间一定的时间.除去的水分一定除去的水分一定,时间的长短时间的长短取决于干燥速率取决于干燥速率,速率快速率快,干燥时间短。干干燥时间短。干燥速率如何得知呢燥速率如何得知呢?首先要知道干燥过程的首先要知道干燥过程的速率速率,才能知道干燥的时间才能知道干燥的时间.v干燥速率与干燥过程有关干燥速率与干燥过程有关,而干燥过程又与而干燥过程又与干燥空气状态有关干燥空气状态有关.v干燥过程分为恒定干燥和非恒定干燥干燥过程分为恒定干燥和非恒定干燥.v恒定干燥恒定干燥:指干燥操作过程中空气的温度、指干燥操作过程中空气的温度、湿度、流速及与物料接触方式不发生变化。湿度、流速及与物料接触方式不发生变化。如大量的空气对少量物料进行间歇干燥，如大量的空气对少量物料进行间歇干燥，可认为空气湿度不变，干燥温度取进、出可认为空气湿度不变，干燥温度取进、出口平均值。口平均值。v非恒定干燥（变动干燥）：非恒定干燥（变动干燥）：是指干燥过程是指干燥过程中空气的状态是不断变化的。中空气的状态是不断变化的。一、恒定条件下干燥时间的确定一、恒定条件下干燥时间的确定（一）确定干燥曲线（一）确定干燥曲线1、干燥速率：是指单位时间内、单位干燥面、干燥速率：是指单位时间内、单位干燥面积上汽化的水分质量，用符号积上汽化的水分质量，用符号U表示，单位表示，单位为为kg(水水)/(m2.s)。则：。则： SddXGUcX物料中自由含水量物料中自由含水量kg水水/kg绝干物料绝干物料S干燥面积，干燥面积，m2，既非物料表面积，也，既非物料表面积，也非干燥器几何面积；非干燥器几何面积；干燥时间，干燥时间，s；Gc绝干物料量，绝干物料量，kg。式中负号表示物料含水量式中负号表示物料含水量X随时间增加而减随时间增加而减少。少。2、影响干燥速率的因素、影响干燥速率的因素 干燥速率干燥速率单位干燥面积，单位时间内汽化单位干燥面积，单位时间内汽化的水分量。的水分量。影响因素（影响因素（P255）： 1. 物料的性质、结构和形状物料的性质、结构和形状 2.物料含水量物料含水量 3. 干燥介质的温度和湿度干燥介质的温度和湿度 4. 干燥介质的流速与流向干燥介质的流速与流向 4. 干燥器的结构型式干燥器的结构型式v干燥速率由实验测定。干燥实验是采干燥速率由实验测定。干燥实验是采用大量空气干燥少量湿物料。因此，用大量空气干燥少量湿物料。因此，空气进出干燥器的状态、流速以及与空气进出干燥器的状态、流速以及与湿物料的接触方式均可视为恒定，即湿物料的接触方式均可视为恒定，即实验是在恒定的干燥条件下进行的。实验是在恒定的干燥条件下进行的。 由于影响干燥速率的因素错综复杂，难以用由于影响干燥速率的因素错综复杂，难以用明确的数学关系表述。明确的数学关系表述。 目前仍通过实验测定物料的干燥速率。并以目前仍通过实验测定物料的干燥速率。并以此指导干燥器的设计。此指导干燥器的设计。 后面介绍的干燥实验，实际上是一个间歇后面介绍的干燥实验，实际上是一个间歇过程，只是少量的物料与大量的空气相比，可以过程，只是少量的物料与大量的空气相比，可以近似地看作是条件恒定。近似地看作是条件恒定。3、干燥实验与干燥曲线、干燥实验与干燥曲线物物料料砝砝码码恒定干燥条件下的恒定干燥条件下的间歇干燥实验间歇干燥实验 W 湿料重；湿料重； G 一批干料重一批干料重数据数据处理处理 X = W /G 1数据记录数据记录: :1 2 序号序号项目项目 W t tW非非 结结 合合 水水结结 合合 水水自自 由由 水分水分平衡水分平衡水分干干燥燥曲曲线线ABCDXcX*UcUE干燥速率曲线干燥速率曲线BBX1AA 100 X DDCCEX*E 2 SddXGU 干燥速率干燥速率 单位干单位干燥面积，单位时间燥面积，单位时间内汽化的水分量。内汽化的水分量。4、干燥过程分析及干燥速率关系式、干燥过程分析及干燥速率关系式 实验得到的干燥速率曲线分为：实验得到的干燥速率曲线分为：预热段预热段、恒速干恒速干燥阶段燥阶段和和降速干燥阶段降速干燥阶段。由于预热段经过的时间较短由于预热段经过的时间较短并入恒速段。并入恒速段。 下面分述两段的工作机理。下面分述两段的工作机理。XcUcABCDX*UE（二）干燥过程的两个阶段（二）干燥过程的两个阶段1. 1、恒速干燥阶段（、恒速干燥阶段（表面气化控制阶段表面气化控制阶段）: 物料在该段干燥时去除的是物料在该段干燥时去除的是非结合水分非结合水分，表面始终保，表面始终保持着润湿。在恒定的干燥条件下干燥时，物料持着润湿。在恒定的干燥条件下干燥时，物料表面的温度表面的温度 = tW (定定)，则，则Hs,tw定。定。U=UC=物料表面物料表面水的汽化速度水的汽化速度。2. 降速干燥阶段降速干燥阶段 (内部迁移控制阶段内部迁移控制阶段) 一般分为一般分为: 第一降速阶段和第二降速阶段第一降速阶段和第二降速阶段。第一降速阶段第一降速阶段 当在整个干燥表面积范围内物表的当在整个干燥表面积范围内物表的 pe 刚刚刚刚 ps时，物料含水量是临界含水量时，物料含水量是临界含水量Xc，此时干燥此时干燥的的部分水分部分水分已经是结合水分，致使干燥速率开始下降已经是结合水分，致使干燥速率开始下降(S润湿润湿 S干燥干燥)，内部水分的迁出速率内部水分的迁出速率 Ne也开始也开始 表面表面水分蒸发速率水分蒸发速率N。 第二降速阶段第二降速阶段当物表不存在非结合水分时，水当物表不存在非结合水分时，水分的分的汽化表面汽化表面逐渐地向物料内部迁移，汽化表面逐渐地向物料内部迁移，汽化表面与物表间存在一层停止的滞流层，该层的存在加与物表间存在一层停止的滞流层，该层的存在加大了传质、传热的难度大了传质、传热的难度( 附加阻力附加阻力 )。以后随着。以后随着( N Ne )U，当物料水分降至，当物料水分降至X*时，时，U = 0 降速干燥的降速干燥的 U 取决于物料本身的性质、结构、取决于物料本身的性质、结构、形状尺寸、物料的堆放厚度；与干燥介质的状况形状尺寸、物料的堆放厚度；与干燥介质的状况关系不大。关系不大。v在降速干燥阶段，由于空气传给湿物料的在降速干燥阶段，由于空气传给湿物料的热量大于水分汽化所需的热量，湿物料温热量大于水分汽化所需的热量，湿物料温度不断上升，与空气的温度之差逐渐减小，度不断上升，与空气的温度之差逐渐减小，最终接近于空气的温度。最终接近于空气的温度。v干燥速率曲线由恒速干燥阶段转为降速干干燥速率曲线由恒速干燥阶段转为降速干燥阶段的转折点（燥阶段的转折点（C点）称为临界点，与点）称为临界点，与该点对应的湿物料含水量称为该点对应的湿物料含水量称为临界含水量临界含水量（或临界水分），用（或临界水分），用Xc表示。临界含水量表示。临界含水量由实验测定。由实验测定。 1. 吸水性物料吸水性物料 XC大于不吸水性物料大于不吸水性物料 XC2. 物料层越薄、分散越细，物料层越薄、分散越细， XC 越低越低3. 恒速干燥恒速干燥 uC 越大，越大， XC 越高。越高。散程度、空气状态）（物料结构、厚度、分fXC。，一定，CCUXXHut*。不变，一定，CCUXXuHt*（三）三） 恒速阶段的干燥时间恒速阶段的干燥时间1 如物料在干燥之前的自由含水量如物料在干燥之前的自由含水量X1大于临界大于临界含水量含水量Xc，则干燥必先有一恒速阶段。忽略物料则干燥必先有一恒速阶段。忽略物料的预热阶段，恒速阶段的干燥时间的预热阶段，恒速阶段的干燥时间1由积分求出。由积分求出。 SddXGNcAC11A0ddXXcNXSG 因干燥速率因干燥速率NA为一常数为一常数 AccNXXSG11恒速干燥特点：恒速干燥特点：1. UUCconst. 2. 物料表面温度为物料表面温度为tw3. 去除的水分为非结合水分去除的水分为非结合水分 4. 影响影响 U 的因素：的因素： 恒速干燥阶段恒速干燥阶段表面汽化控制阶表面汽化控制阶段只与空气的状态有关，而与物料种类无关段只与空气的状态有关，而与物料种类无关)(wttt)(wHHHH,ku)(C UU恒速干燥阶段恒速干燥阶段前提条件前提条件：湿物料表面全部润湿。湿物料表面全部润湿。二二 降速阶段的干燥时间降速阶段的干燥时间2 当当XX*）所需时间所需时间为为22c2Ac02ddXXNXSG)(*AXXKNx*ccA,XXXNK)()(wHww,HHkttNCAC22*Xc*Xc2ddXXXXXXXSKGXXXSKGc*2*cXc2lnXXXXSKG则则得得*cc1Xc1XXXXSKG)ln(*2*c*cc1Xc21XXXXXXXXSKG*2*cc121lnXXXXXXXXc将将 代入代入 的表达式得的表达式得 )(*ccCA,XXKN1得降速干燥阶段降速干燥阶段实际汽化表面减小实际汽化表面减小汽化面内移汽化面内移降速干燥阶段特点：降速干燥阶段特点：1. UX,2. 物料表面温度物料表面温度wt3. 除去的水分为非结合、结合水分除去的水分为非结合、结合水分4. 影响影响 u 的因素：的因素： 与物料种类、尺寸、形状有关，与物料种类、尺寸、形状有关， 与空气状态关系不大。与空气状态关系不大。第五节第五节 干燥条件的确定干燥条件的确定一、固体物料的干燥机理一、固体物料的干燥机理当固体物料中的含水量超过其所在条件下的当固体物料中的含水量超过其所在条件下的平衡水分并与干燥介质（热空气）直接接平衡水分并与干燥介质（热空气）直接接触时，虽然在开始时水分均匀地分布在物触时，虽然在开始时水分均匀地分布在物料中，但由于湿物料表面水分的汽化，则料中，但由于湿物料表面水分的汽化，则形成物料内部与表面间的湿度差。于是物形成物料内部与表面间的湿度差。于是物料内部的水分借扩散作用向其表面移动而料内部的水分借扩散作用向其表面移动而在表面气化。由于干燥介质连续不断地将在表面气化。由于干燥介质连续不断地将所气化的水分带走，从而达到使固体物料所气化的水分带走，从而达到使固体物料干燥的目的。干燥的目的。v在上述的干燥过程中，虽然物料中的水分同时进行在上述的干燥过程中，虽然物料中的水分同时进行着内部扩散和表面气化，但是在不同的干燥阶段，着内部扩散和表面气化，但是在不同的干燥阶段，其干燥机理不一定相同。这是由于物料的结构、性其干燥机理不一定相同。这是由于物料的结构、性质、湿度等和周围干燥介质的情况的影响。因此，质、湿度等和周围干燥介质的情况的影响。因此，物料干燥的机理是非常复杂的。只有在很少情况下，物料干燥的机理是非常复杂的。只有在很少情况下，水分内部扩散与表面气化的速率才恰巧相等。实际水分内部扩散与表面气化的速率才恰巧相等。实际上，在干燥过程中，上，在干燥过程中，某些物料中水分表面气化的速某些物料中水分表面气化的速率是小于内部扩散的速率率是小于内部扩散的速率；但另一些物料，则；但另一些物料，则水分水分表面气化速率大于内部扩散速率表面气化速率大于内部扩散速率。上述前一种情形。上述前一种情形称为称为表面气化控制表面气化控制，后一种称为，后一种称为内部扩散控制内部扩散控制。（一）表面气化控制（一）表面气化控制 某些物料如某些物料如纸、皮革纸、皮革等，其内部的水分能迅速的达到物料的等，其内部的水分能迅速的达到物料的表面，因此水分的出去为物料表面上水分的气化速率所限制。表面，因此水分的出去为物料表面上水分的气化速率所限制。气化表面上水分所需要的热能，须由空气透过物料表面上的气化表面上水分所需要的热能，须由空气透过物料表面上的气体边界层到达物料表面，而被蒸发的水分须透过此边界层气体边界层到达物料表面，而被蒸发的水分须透过此边界层以至空气的主体。只要物料的表面保持足够的润湿，以至空气的主体。只要物料的表面保持足够的润湿，物料表物料表面的温度就可取为空气的湿球温度面的温度就可取为空气的湿球温度。因此，空气与物料表面。因此，空气与物料表面间的温度差为一定值，物料表面水分的气化速率即可以一般间的温度差为一定值，物料表面水分的气化速率即可以一般的水面气化进行计算。故此类干燥操作的进行，完全由周围的水面气化进行计算。故此类干燥操作的进行，完全由周围干燥介质的情况所决定。干燥介质的情况所决定。（二）内部扩散控制（二）内部扩散控制 某些物料如某些物料如木材、陶土、肥皂木材、陶土、肥皂等物质，等物质，其内部扩其内部扩散速率比表面汽化速率小散速率比表面汽化速率小。当表面水分气化后，。当表面水分气化后，因受内部扩散速率的限制，水分不能及时扩散到因受内部扩散速率的限制，水分不能及时扩散到表面，因之气化表面向内部移动，故干燥的进行表面，因之气化表面向内部移动，故干燥的进行较表面气化控制时更为复杂。当干燥过程为内部较表面气化控制时更为复杂。当干燥过程为内部控制时，必须设法增加物料内部的扩散速率，或控制时，必须设法增加物料内部的扩散速率，或降低表面的气化速率。例如木材干燥中，常须采降低表面的气化速率。例如木材干燥中，常须采用湿空气为干燥介质。否则木材的表面干燥而内用湿空气为干燥介质。否则木材的表面干燥而内部润湿，将引起因表面干燥收缩而发生翘曲的现部润湿，将引起因表面干燥收缩而发生翘曲的现象。象。在上述物料被干燥的过程中，在上述物料被干燥的过程中，被干燥物料的性质、结被干燥物料的性质、结构以及被干燥物料的最初湿度构以及被干燥物料的最初湿度等对干燥都有影响，等对干燥都有影响，而更重要的是物料周围介质的情况，因为在干燥过而更重要的是物料周围介质的情况，因为在干燥过程中，其状况可以随时受到控制。物料周围介质的程中，其状况可以随时受到控制。物料周围介质的情况为空气的温度、湿度和速度以及空气对物料表情况为空气的温度、湿度和速度以及空气对物料表面的接触情形等。面的接触情形等。空气的温度越高，相对湿度越低，空气的温度越高，相对湿度越低，速度越大，则干燥越快。反之则干燥越慢速度越大，则干燥越快。反之则干燥越慢。至于空。至于空气与物料的接触情形，凡接触越好者，干燥越快，气与物料的接触情形，凡接触越好者，干燥越快，不均匀的接触会使干燥不均匀，使一部分物料不能不均匀的接触会使干燥不均匀，使一部分物料不能达到规定的干燥标准，这些影响在表面气化时最为达到规定的干燥标准，这些影响在表面气化时最为显著。显著。二、二、 干燥条件的确定干燥条件的确定1.物料的性质和形状物料的性质和形状湿物料的化学组成、湿物料的化学组成、物理结构、形状和大小、物料层的厚薄，物理结构、形状和大小、物料层的厚薄，以及与物料的结合方式等，都会影响干以及与物料的结合方式等，都会影响干燥速率。在干燥第一阶段，尽管物料的燥速率。在干燥第一阶段，尽管物料的性质对干燥速率影响很小，但物料的形性质对干燥速率影响很小，但物料的形状、大小、物料层的厚薄等将影响物料状、大小、物料层的厚薄等将影响物料的临界含水量。在干燥第二阶段，物料的临界含水量。在干燥第二阶段，物料的性质和形状对干燥速率有决定性的影的性质和形状对干燥速率有决定性的影响。响。v2.物料的温度物料的温度物料的温度越高，干物料的温度越高，干燥速率越大。但干燥过程中，物料的燥速率越大。但干燥过程中，物料的温度与干燥介质的温度和湿度有关。温度与干燥介质的温度和湿度有关。v3.物料的含水量物料的含水量物料的最初、最终物料的最初、最终和临界含水量决定干燥各阶段所需时和临界含水量决定干燥各阶段所需时间的长短。间的长短。v4、物料的堆置方式物料的堆置方式 如对细粒物料，如对细粒物料，可使其悬浮或分散在气流中，若悬浮可使其悬浮或分散在气流中，若悬浮受到限制，则可加强搅拌。而对既不受到限制，则可加强搅拌。而对既不能悬浮又不能搅拌的大块物料，则可能悬浮又不能搅拌的大块物料，则可使其悬挂而使其全部表面充分暴露在使其悬挂而使其全部表面充分暴露在气流中。气流中。v5.干燥介质的温度和湿度干燥介质的温度和湿度干燥介质温度干燥介质温度越高、湿度越低，则干燥第一阶段的干燥越高、湿度越低，则干燥第一阶段的干燥速率越大，但应以不损坏物料为原则，特速率越大，但应以不损坏物料为原则，特别是对热敏性物料，更应注意控制干燥介别是对热敏性物料，更应注意控制干燥介质的温度。有些干燥设备采用分段中间加质的温度。有些干燥设备采用分段中间加热的方式，可以避免介质温度过高。热的方式，可以避免介质温度过高。v6.干燥介质的流速与流向干燥介质的流速与流向在干燥第一阶段，在干燥第一阶段，提高气速可以提高干燥速率。介质的流动方提高气速可以提高干燥速率。介质的流动方向垂直于物料表面时的干燥速率比平行时要向垂直于物料表面时的干燥速率比平行时要大。在干燥第二阶段，气速和流向对干燥速大。在干燥第二阶段，气速和流向对干燥速率影响很小。率影响很小。v7 .干燥器的构造干燥器的构造上述各项因素很多都与干上述各项因素很多都与干燥器的构造有关。许多新型干燥器就是针对燥器的构造有关。许多新型干燥器就是针对于某些因素而设计的。于某些因素而设计的。v由于影响干燥速率的因素很复杂，目由于影响干燥速率的因素很复杂，目前还没有统一而较准确的计算方法来前还没有统一而较准确的计算方法来求取干燥速率和确定干燥器的尺寸大求取干燥速率和确定干燥器的尺寸大小，通常是在小型实验装置中测定有小，通常是在小型实验装置中测定有关数据作为设计和生产的依据。关数据作为设计和生产的依据。三、干燥操作条件的确定三、干燥操作条件的确定 1、干燥介质的选择、干燥介质的选择 对流干燥可采用空气、惰性气体、烟对流干燥可采用空气、惰性气体、烟道气和过热蒸汽道气和过热蒸汽根据物料性质、介质的经济性及来源进根据物料性质、介质的经济性及来源进行选择行选择2、流动方式的选择、流动方式的选择并流并流：物料与介质的流动方向相同：物料与介质的流动方向相同进口处传热、传质推动力较大；进口处传热、传质推动力较大； 后期小，难以得到含水量很低的产后期小，难以得到含水量很低的产 品。品。适用于：允许进行快速干燥适用于：允许进行快速干燥干燥后期不耐高温、易变色、氧化干燥后期不耐高温、易变色、氧化或分解的物料或分解的物料逆流干燥逆流干燥适用范围：不允许快速干燥适用范围：不允许快速干燥耐高温耐高温要求干燥产品含水量很低要求干燥产品含水量很低物料与介质的流动方向相反物料与介质的流动方向相反错流干燥错流干燥适用范围：允许快速干燥适用范围：允许快速干燥耐高温耐高温不宜采用并流和逆流的场合不宜采用并流和逆流的场合物料与介质的流动方向相垂直物料与介质的流动方向相垂直3、干燥介质进入干燥器的温度、干燥介质进入干燥器的温度温度尽可能高，可提高热效率温度尽可能高，可提高热效率4、干燥介质离开干燥器的温度和相对湿度、干燥介质离开干燥器的温度和相对湿度 出口温度比对应的物料温度高出口温度比对应的物料温度高,出口温度比入口气体的绝热饱和温度出口温度比入口气体的绝热饱和温度高高20 50 .5、物料离开时的温度、物料离开时的温度 物料出口温度与干燥过程有物料出口温度与干燥过程有关，主要取决于物料的临界含水量关，主要取决于物料的临界含水量Xc及干燥第二阶段的速率。及干燥第二阶段的速率。练习题练习题3v在一干燥器中干燥某湿物料，每小时在一干燥器中干燥某湿物料，每小时处理湿物料为处理湿物料为3000kg，经干燥后物经干燥后物料的含水量由料的含水量由35%减至减至2%（均为（均为湿基），干燥介质为湿基），干燥介质为373K的热空气，的热空气，其中所含水汽的分压为其中所含水汽的分压为1.0KPa，空空气在气在313K及相对湿度及相对湿度70%下离开干下离开干燥器，试求（燥器，试求（1）水分蒸发量）水分蒸发量W。（。（2）干燥产品量干燥产品量G2。（。（3）空气消耗量空气消耗量L。练习题练习题4v已知某物料恒定干燥条件下从初始含水量已知某物料恒定干燥条件下从初始含水量0.4kg水水/kg绝干物料绝干物料降至降至0.08kg水水/kg绝干绝干物料物料，共需要，共需要6小时，物料的临界含水量小时，物料的临界含水量Xc= 0.15kg水水/kg绝干物料绝干物料，平衡含水量平衡含水量X*= 0.004kg水水/kg绝干物料绝干物料,降速阶段的干降速阶段的干燥曲线可作为直线处理。试求：燥曲线可作为直线处理。试求：（1）恒）恒速阶段所需要的时间速阶段所需要的时间1。（2）降速阶段所降速阶段所需要的时间需要的时间2。