固体物料在干燥过程中平衡关系与速率关系.ppt

n化工原理多媒体课件化工原理多媒体课件n化学化工学院化学化工学院第第8章章 干燥干燥 8.3 固体物料在干燥过程中的平衡关固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系系与速率关系8.3.18.3.1物料中的水分物料中的水分1 1、平衡水分及自由水分、平衡水分及自由水分一定干燥条件下，按能否除去，分为平衡水分与自由水分。一定干燥条件下，按能否除去，分为平衡水分与自由水分。平衡水分：低于平衡含水量平衡水分：低于平衡含水量 X*X*的水分，是不可除水分。的水分，是不可除水分。自由水分：高于平衡含水量自由水分：高于平衡含水量 X*X*的水分，是可除水分。的水分，是可除水分。湿含量 XXh相对湿度 非结合水分结合水分自由水分平衡水分X*01.00.5 干燥过程：当湿物料与不饱和干燥过程：当湿物料与不饱和空气接触时，空气接触时，X X 向向 X*X*接近，接近，干燥过程的极限为干燥过程的极限为 X*X*。吸湿过程：若吸湿过程：若 X X X Xh h，则物料将吸，则物料将吸收饱和气体中的水分使湿含量增加收饱和气体中的水分使湿含量增加至湿含量至湿含量 X Xh h，即最大吸湿湿含量，即最大吸湿湿含量，物料不可能通过吸收饱和气体中的物料不可能通过吸收饱和气体中的湿份使湿含量超过湿份使湿含量超过 X Xh h。n物料湿含量的平衡曲线有两种极端情况。物料湿含量的平衡曲线有两种极端情况。n强吸湿性物料：与水分的结合力很强，平衡线只是强吸湿性物料：与水分的结合力很强，平衡线只是渐近地与渐近地与 =100%=100%接近，平衡湿含量很大。如某些接近，平衡湿含量很大。如某些生物材料。生物材料。n非吸湿性物料：与水结合力很弱，平衡线与纵坐标非吸湿性物料：与水结合力很弱，平衡线与纵坐标基本重合，基本重合，X*X*=XhXh 0 0，如某些不溶于水的无机盐如某些不溶于水的无机盐(碳酸盐、硅酸盐碳酸盐、硅酸盐)等。等。00.20.40.60.81.00.10.20.3烟叶木材氯化锌优质纸湿含量 X相对湿度 8.3.18.3.1物料中的水分物料中的水分8.3.18.3.1物料中的水分物料中的水分2.2.结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分 非非结结合合水水分分：与与物物料料机机械械形形式式的的结结合合，附附着着在在物物料料表表面面的的水水，具具有有和和独独立立存存在在的的水水相相同同的蒸汽压和汽化能力。的蒸汽压和汽化能力。结合水分：与物料存在某种形式的结合，其结合水分：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，蒸汽压或汽汽化能力比独立存在的水要低，蒸汽压或汽化能力与水分和物料结合力的强弱有关。化能力与水分和物料结合力的强弱有关。结合水分按结合方式可分为：吸附水分、毛结合水分按结合方式可分为：吸附水分、毛细管水分、溶涨水分细管水分、溶涨水分(物料细胞壁内的水分物料细胞壁内的水分)和化学结合水分和化学结合水分(结晶水结晶水)。化学结合水分与物料细胞壁水分以化学键形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；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，易于汽化。料结合，结合力相对较弱，易于汽化。湿含量 XXh相对湿度 非结合水分结合水分01.00.58.3.28.3.2干燥速率和干燥时间的计算干燥速率和干燥时间的计算一、恒定干燥条件下干燥时间的计算1、干燥曲线预热段，热空气部分热量用于加入物料，物预热段，热空气部分热量用于加入物料，物料料X X下降，温度升高到下降，温度升高到t tW WdX/ddX/d基本基本不变不变，空气传给物料的空气传给物料的显热显热等于水等于水分汽化所需的分汽化所需的潜热潜热，物料表面温度恒定与，物料表面温度恒定与t tW WABAB段：段：BCBC段：段：CDECDE段：段：热空气部分热量用于加入物料，部分热量热空气部分热量用于加入物料，部分热量用于汽化水分，物料温度由用于汽化水分，物料温度由t tW W升高到升高到2，dX/ddX/d逐渐下降，直到逐渐下降，直到E点，其含水量点，其含水量X*。ABC DE物料温度物料温度干燥时间干燥时间t tW W21ABC DEX干燥时间干燥时间X1X2 所谓干燥速率是指单位时间、单位干燥面积所谓干燥速率是指单位时间、单位干燥面积上汽化的水分质量，其表达式可写成上汽化的水分质量，其表达式可写成2 2 干燥速率曲线干燥速率曲线ABCDEUXcX*XUc1）恒速干燥阶段：）恒速干燥阶段：ABC DEX干燥时间干燥时间ABC（AB预热段，时间短，并入预热段，时间短，并入BC一起考虑）一起考虑）相当于湿球温度计的湿纱布表面（相当于湿球温度计的湿纱布表面（充分润湿充分润湿），），=t tW WABC DE物料温度物料温度干燥时间干燥时间t tW W21汽化的水分主要为非结合水汽化的水分主要为非结合水表面汽化控制阶段：表面汽化控制阶段：U取决于外部干燥条件取决于外部干燥条件n2 2、整个干燥过程可分为三个阶段：、整个干燥过程可分为三个阶段：n1 1）预热段预热段 2 2）恒速干燥阶段恒速干燥阶段 n3 3）降速干燥阶段降速干燥阶段降速干燥阶段降速干燥阶段表面不能充分润湿：表面不能充分润湿：k1k2部分非结合水、结合水部分非结合水、结合水临界点临界点C和临界含水量和临界含水量XcE：平衡含水量，干燥速度为零平衡含水量，干燥速度为零Xc越大，同样干燥任务下需时间越长。越大，同样干燥任务下需时间越长。CDE段段ABCDEUXcX*XUcABC DEX干燥时间干燥时间ABC DE物料温度物料温度干燥时间干燥时间t tW W21内部迁移控制阶段：内部迁移控制阶段：U取决于物料本身取决于物料本身Xc与与物料物料性质、厚度、干燥速率性质、厚度、干燥速率U等有关等有关n3、干燥时间的计算 n（1）恒速干燥阶段时间的计算n(2)降速阶段干燥时间的计算干燥时间二、变动条件下干燥时间的计算干燥过程也分为三个阶段：预热段：物料在此段被加热至湿球温度。干燥第一阶段：若干燥过程为等焓过程，则此阶段中，湿物料将一直保持湿球温度不变，而空气则降温、增湿，并按等焓规律变化。干燥第二阶段：此阶段中，物料温度上升，空气温度下降、湿度增加。干燥时间干燥器设备n干燥器的基本要求基本要求n（1）对被干燥物料的适应性n（2）设备的生产能力 （3）能耗的经济性箱式干燥器喷雾干燥器喷雾干燥器转筒干燥器转筒干燥器流化床干燥器气流干燥器洞道式干燥器真空耙式干燥器滚筒干燥器红外线干燥器微波干燥器