资源描述
,5.4,湿物料的性质,一、水分在空气与物料间的平衡关系,X,*(,X,),S,A,p,w,p,s,p,w,(,p,*,w,),p,w,-,X,*,线,：一定下，空气中水汽分压,p,w,与湿物料的平衡含水率,X,*,的关系曲线。,（或,p*,w,-,X,线,）,X,*,X,s,当,X,X,s,p,w,=,p,s,X,t,j,-,X,*,线,：随温度的升高，,p,w,和,p,s,都升高，不同的温度有不同的,p,w,-,X,*,曲线，而用,j,-,X,*,线可以抵消温度引起的变化。即忽略温度的影响。,X,*,X,max,1.0,相对湿度,j,划分依据：,物料所含水分能否用（,对流,）干燥方法除去。,物料中的水分与一定温度,t,、相对湿度,j,的不饱和湿空气达到,平衡,状态，此时物料所含水分称为该空气条件,(,t,、,j,),下物料的,平衡水分,。,在干燥过程中能除去的水分只是物料中超出平衡水分的那一部分，称为,自由水分,。,二、平衡水分,(,equilibrium water,),和自由水分,(,free water,),1,、空气温度变化不大时，平衡含水量与温度之间的关系可忽略。,2,、平衡水分随,物料的种类,及,空气的状态,不同而不同，平衡水分代表物料在一定空气状况下可以干燥的限度。,3,、当,j,=0,时，各种物料的平衡水分,X,*,都为,0,，即湿物料只有与绝干空气接触才能获得绝干物料。,划分依据：根据物料与水分结合力的状况,结合水分：,包括物料细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水分、及以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。,特点：,籍化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力强，其,蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压,，致使干燥过程的传质推动力降低，故除去结合水分较困难。,二、结合水分,(,bound water,),与非结合水分,(,unbound water,),非结合水分：,包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。,特点,：物料中非结合水分与物料的结合力弱，,其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同,，干燥过程中除去非结合水分较容易。,物料的结合水分和非结合水分的划分只,取决于物料本身的性质,，而,与干燥介质的状态无关,；,平衡水分与自由水分则还,取决于干燥介质的状态,。干燥介质状态改变时，平衡水分和自由水分的数值将随之改变。,强调：,X,t,结合水,平衡含水量,X,*,X,max,1.0,非结合水,自由含水量,相对湿度,j,总水分,自由水分,平衡水分,非结合水分,结合水分,X,*,X,0,X,1,空气相对湿度,j,100%,物料的含水量,0,5.5,干燥速率与干燥时间,干燥静力学：物料和热量衡算,干燥动力学：干燥平衡关系、干燥速率,5.5.1,干燥速率,设计需计算干燥器的尺寸及完成一定的任务所需的干燥时间，这都决定于干燥速率。,干燥速率，不仅决定于湿物料的性质，而且还决定于干燥介质的条件：包括温度、湿度、速度及流动的状态。,目前对干燥速率的机理了解得还很不充分，因而在大多数情况下，还必须用实验的方法测定干燥速率,按空气状态参数变化情况,（,1,）,非恒定条件干燥操作：,沿干燥器的长度或高度，空气的温度 ，湿度,（连续干燥）,（,2,）,恒定干燥条件：,大量空气干燥少量的物料，维持空气速度以及与物料的接触方式不变,（,空气的温度和湿度，气速、流动方式不变，间歇干燥,）,二、干燥速率曲线,干燥速率（,rate of drying,）,U,：单位时间单位表面积上汽化的水分量。,干燥速率曲线：以,干燥速率,U,对,干基含水量,X,作图。,定时测定物料的质量变化，并记录每一时间间隔,D,t,内的物料的质量变化,D,W,及表面温度,q,，直到物料的质量恒定为止。此时物料所含的水分即为该条件下的平衡水分。,AB,（或,AB,）段：,AB,为湿物料,不稳定的加热过程,。该过程的时间很短,将其作为恒速干燥的一部分。,X,下降，,增加至空气的湿球温度。,BC,段：恒速干燥,物料表面充满着非结合水分，与液态纯水相同。,物料内部水分扩散速率,表面水分汽化速率，属于,表面汽化控制阶段,。干燥速率保持恒定,空气传给物料的热量水分汽化所需的热量。,湿物料,空气的湿球温度,t,w,；物料表面气膜的空气温度为,t,w,，,饱和湿度,H,w,；,影响恒速干燥阶段的因素,干燥速度主要决定于,干燥介质的性质,和空气与湿物料的接触方式。而与湿物料的性质关系很小。,空气,H,t,U,c,H,增大，,t,不变，,t,w,增大，,U,减小,t,增大，,H,不变，,t,w,增大，,H,tw,增大，,U,增大。,水分的汽化面逐渐向内部移动，使热、质传递途径加长，阻力增大，造成,U,下降。到达,E,点后，物料的含水量已降到平衡含水量,X*,。,汽化水分结合水,空气传给湿物料的热量,水分汽化所需的热量，故物料表面的温度不断上升，最后接近于空气的温度。,DE,段,-,第二降速阶段,问题：临界含水量是结合水和非结合水的分界点吗？,影响降速阶段的因素：,干燥速率主要决定于,物料本身的结构、形状和大小,（水分在物料内部的迁移速率）。而与空气的性质关系很小。,三、临界含水量,临界含水量,=,f,(,物料的性质、厚度、干燥速率、干燥器的种类、干燥操作条件）,无孔吸水性材料,X,C,多孔材料,X,C,厚度增加,X,C,分散越细,干燥面积,X,C,恒速段干燥速率,X,C,生产中为保证产品质量，降低,X,C,措施,:,减小物料的厚度,加强搅拌,增大干燥面积,使用流化床设备,一、为什么临界含水量,X,c,的确定对于如何强化具体的干燥过程具有重要的意义？下列两种情况下,X,c,值将会变大还是变小？,（,1,）提高干燥时气流速度而使恒速阶段的干燥速率增大时；,（,2,）物料的厚度减小时。,试从干燥机理加以分析。,思考题,二、临界含水量是结合水和非结合水的分界点吗？,
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