干燥过程的物料衡算

1、第三节干燥过程的物料衡算一、湿物料中含水量的表示方法1湿基含水量水分在湿物料中的质量分数为湿基含水量，以表示。即：2干基含水量湿物料中的水分与绝干物料的质量比为干基含水量，以表示。即：两种含水量之间的换算关系为： 二、空气干燥器的物料衡算空气干燥器的物料衡算主要是为了解决两个问题：一是确定将湿物料干燥到规定的含水量需蒸发的水分量；二是确定带走这些水分所需要的空气量。干燥器新鲜空气L，H1干燥产品G，X2或G,w2废气L，H2湿物料G，X1或G1,w2对图106所示连续干燥器作物料衡算。设L绝干空气消耗量，（绝干气）/s。H1、H2分别为空气进、出干燥器时的湿度，/干空气。X1、X2分别为湿物料

2、进、出干燥器时的干基含水量，（水分）/干物料。w1，w2分别为湿物料进、出干燥器时的湿基含水量，（水分）/湿物料。G1、G2分别为湿物料进、出干燥器时的流量，(物料)/s。G湿物料中绝干物料的流量，(绝干料)/s。1水分蒸发量W若不计干燥过程中物料损失，则在干燥前后物料中绝干物料质量不变即：整理得干燥产品流量 则：对干燥器中水分作物料衡算，又可得式中：W湿物料在干燥器中蒸发的水分量，水分/s。2空气消耗量干空气消耗量L与水分蒸发量的关系为：即：蒸发水分需消耗的干空气量(称为单位空气消耗量，单位为，干空气/水分)由以上可知，空气消耗量随进入干燥器的空气湿度H1的增大而增大。因此，一般按夏季的空气

3、湿度确定全年中最大空气消耗量。干燥中风机的选择是以湿空气的体积流量为依据的，湿空气的体积流量可由上面计算的L和湿空气的比体积来求取。【例题10-3】第四节干燥速率一、物料中所含水分的性质1平衡水分和自由水分根据物料在一定的干燥条件下，其中所含水分能否用干燥的方法除去来划分，可分为平衡水分与自由水分。（1）平衡水分当湿物料与一定温度和湿度的湿空气接触，物料中不能被除去的水分，即为该物料的平衡含水量，用表示。物料的平衡含水量随相对湿度增大而增大，当0时，0，图108表示空气温度在25时某些物料的平衡含水量曲线。在一定的空气温度和湿度条件下，物料的干燥极限为。要想进一步干燥，应减小空气湿度或增大温度

4、。平衡含水量曲线上方为干燥区，下方为吸湿区。（2）自由水分物料中所含的大于平衡水分的那部分水分，即干燥中能够除去的水分，称为自由水分。2结合水分和非结合水分按照物料与水分的结合方式，将水分分为结合水分和非结合水分。其基本区别是表现出的平衡蒸汽压不同。（1）结合水分通过化学力或物理化学力与固体物料相结合的水分称为结合水分。如：结晶水、毛细管中的水及细胞中溶胀的水分。结合水与物料结合力较强，其蒸汽压低于同温度下的饱和蒸汽压。因此，将图108中，给定的湿物料平衡水分曲线延伸到与的相对湿度线相交，交点所对应含水量即为结合水分。（2）非结合水分物料中所含的大于结合水分的那部分水分，称为非结合水分。非结合

5、水分通过机械的方法附着在固体物料上。如：固体表面和内部较大空隙中的水分。非结合水分的蒸汽压等于纯水的饱和蒸汽压，易于除去。自由水分、平衡水分、结合水分、非结合水分及物料总水分之间的关系见图10-9所示。二、干燥速率和干燥速率曲线图10-9固体物料中水分的区分（t为定值）1干燥速率干燥速率为单位时间在单位干燥面积上汽化的水分量，用表示，单位为/m2·s。湿分由湿物料内部向干燥介质传递的过程是一个复杂的物理过程，干燥速率的快慢，不仅取决于湿物料的性质（物料结构、与水分结合方式、块度、料层的厚薄等）而且也决定于干燥介质的性质（温度、湿度、流速等）。通常干燥速率从实验测得的干燥曲线求取。2干

6、燥速率曲线图9-11 恒定干燥条件下干燥速率曲线图10-10恒定干燥条件下某物料的干燥曲线在图10-10和图10-11中，A点代表时间为零时的情况，AB段为物料的预热阶段，这时物料从空气中接受的热主要用于物料的预热，湿含量变化较小，时间也很短，在分析干燥过程时常可忽略。从B点开始至C点，干燥曲线BC段斜率不变，干燥速率保持恒定，称为恒速干燥阶段。C点以后，干燥曲线的斜率变小，干燥速率下降，所以CDE段称为降速干燥阶段。C点称为临界点，该点对应的含水量称为临界含水量，以Xc表示。即为操作条件下的平衡含水量。（1）恒速干燥阶段BC在这一阶段，物料整个表面都有非结合水，物料中的水分由物料内部迁移到物

7、料表面的速率大于或等于表面水分的汽化速率，所以物料表面保持润湿。干燥过程类似于纯液态水的表面汽化。干燥过程与湿球温度计的湿纱布水分汽化机理是相同的，因而物料表面温度保持为空气的湿球温度。这一阶段的干燥速率主要决定于干燥介质的性质和流动情况。干燥速率由固体表面的汽化速率所控制。（2）临界含水量Xc由恒速阶段转为降速阶段时，物料的含水量为临界含水量。由临界点开始，水分由内部向表面迁移的速率开始小于表面汽化速率，湿物料表面的水分不足以保持表面的湿润，表面上开始出现干点。如果物料最初的含水量小于临界含水量，则干燥过程不存在恒速阶段。临界含水量与湿物料的性质和干燥条件有关，其值一般由实验测定。（3）降速干燥阶段CDE由图9-11可知，降速干燥通常可分为两个阶段。当物料含水量降到临界含水量后，物料表面开始出现不润湿点(干点)，实际汽化面积减小，从而使得以物料全部外表面积计算的干燥速率逐渐减小。当物料外表面完全不润湿时，降速干燥就从第一降速阶段（CD段）进入到第二降速阶段（DE段）。在第二降速阶段，汽化表面逐渐从物料表面向内部转移，从而使传热、传质的路径逐渐加长，阻