单元六 塑料干燥

单元六塑料的干燥◆一、塑料的干燥方法◆二、干燥基本原理◆三、干燥设备及其工作原理◆四、塑料干燥实例2023/2/51一、塑料的干燥方法（一）鼓风烘箱干燥鼓风烘箱干燥主要用于小批量生产或塑料成型加工实验，是将塑料原料放入烘箱格盘中，开启鼓风烘箱，加热空气，用热空气与格盘中原料进行热交换，以此将原料中的水分带走，从而起到干燥的作用。2023/2/52热风干燥料斗（料斗干燥机）

2023/2/53（二）真空干燥真空干燥又称负压干燥，是让塑料原料处于负压状态下进行加热干燥，通过抽真空产生负压，使挥发组分的沸点降低，从而使水分迅速变成水蒸气，从固体原料中分离出来快速脱离。对塑料进行真空干燥的设备主要有静置真空干燥箱、回转真空干燥器及真空干燥料斗。2023/2/54美奎塑料真空干燥机塑料真空干燥机2023/2/55（三）沸腾床干燥塑料粒子在沸腾室内借循环热空气在多孔板上下形成压力差而悬浮在热空气中进行水分气化传质干燥。由于塑料粒子全表面都接触热空气流,而且气化的水汽不断被热空气流带走,大大有效地增大塑料粒子内部水分向表面气化的推动力,因而具有高效快速干燥之功能。2023/2/56（四）除湿干燥塑料粒子静止堆积在料筒中，由分子筛除湿加热后的热空气由下往上对流通过塑料粒子层,，吸湿后的分子筛通过加热再生可重复使用。塑料粒子除湿干燥装置原理图1-风嘴；2-塑料原料；3-关闭阀；4-加热器；5、11-方向阀；6、14-鼓风机；7、13-微型过滤器；8-再生加热器；9-出风管；10、12-分子筛吸湿罐；15-料筒2023/2/57（一）塑料干燥过程的分类二、干燥基本原理2023/2/581.传导干燥热能通过传热壁面以传导方式传给物料，产生的湿分蒸汽被气相(又称干燥介质)带走，或用真空泵排走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。

2.对流干燥使干燥介质直接与湿物料接触，热能以对流方式加入物料，产生的蒸汽被干燥介质带走。

2023/2/593.辐射干燥由辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到物体的表面，为物料吸收而重新变为热能，从而使湿分气化。例如用红外线干燥法将自行车表面油漆烘干。

4.介电加热干燥将需要干燥电解质物料置于高频电场中，电能在潮湿的电介质中变为热能，可以使液体很快升温气化。这种加热过程发生在物料内部，故干燥速率较快，例如微波干燥食品。

2023/2/5105、冷冻干燥

物料冷冻后，用干燥器抽成真空，并使再热体循环，对物料提供必要的升华热。冷冻干燥常用于医药品、生物制品及食品的干燥。真空干燥的特点：（1）操作温度低，干燥速度快，热的经济性好；（2）适用于维生素、抗菌素等热敏性产品以及在空气中易氧化、易燃易爆的物料；2023/2/511（3）适用于含有溶剂或有毒气体的物料，溶剂回收容易；（4）在真空下干燥，产品含水量可以很低，适用于要求低含水量的产品；（5）由于加料口与产品排除口等处的密封问题，大型化、连续化生产有困难。2023/2/512干燥介质：用来传递热量（载热体）和湿分（载湿体）的介质。由于温差的存在，气体以对流方式向固体物料传热，使湿分汽化；在分压差的作用下，湿分由物料表面向气流主体扩散，并被气流带走。对流干燥过程原理温度为t、湿分分压为p的湿热气体流过湿物料的表面，物料表面温度ti低于气体温度t。注意：只要物料表面的湿分分压高于气体中湿分分压，干燥即可进行，与气体的温度无关。气体预热并不是干燥的充要条件，其目的在于加快湿分汽化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。HtqWtippiM干燥是热、质同时传递的过程2023/2/513干燥过程热空气流过湿物料表面热量传递到湿物料表面湿物料表面水分汽化并被带走表面与内部出现水分浓度差内部水分扩散到表面传热过程传质过程传质过程干燥过程推动力：传质推动力：物料表面水分压P表水>热空气中的水分压P空水传热推动力：热空气的温度t空气>物料表面的温度t物表对流干燥过程实质2023/2/514除水分量空气消耗量干燥产品量热量消耗干燥时间物料衡算能量衡算涉及干燥速率和水在气固相的平衡关系涉及湿空气的性质干燥过程基本问题解决这些问题需要掌握的基本知识有：(1)湿分在气固两相间的传递规律；(2)湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化；(3)物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征；(4)干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基本问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。2023/2/515湿气体的热力学性质湿空气：指绝干空气与水蒸汽的混合物。在干燥过程中，随着湿物料中水份的汽化，湿空气中水份含量不断增加，但绝干空气的质量保持不变。因此，湿空气性质一般都以1kg绝干空气为基准。操作压强不太高时，空气可视为理想气体。一、湿空气的性质常压下湿空气可视为理想气体，根据道尔顿分压定律，

1、水气分压ｐv

（一）湿空气中湿含量的表示方法2023/2/516系统总压P

：湿空气的总压（kN/m2），即P干空气与P水之和。干燥过程中系统总压基本上恒定不变。且干燥操作通常在常压下进行，常压干燥的系统总压接近大气压力，热敏性物料的干燥一般在减压下操作。表明湿空气被水汽饱和。2023/2/517对于空气-水蒸气系统：Mv=18.02kg/kmol，Mg=28.95kg/kmol湿空气中水气的质量与绝干空气的质量之比。若湿分蒸汽和绝干空气的摩尔数(nv,ng)和摩尔质量(Mv,Mg)绝对湿度(湿度)H（Humidity）总压一定时，湿空气的湿度只与水蒸汽的分压有关。Kg水蒸汽/kg绝干空气当pV

=ps时，湿度称为饱和湿度，以Hs表示。2023/2/518相对湿度（Relativehumidity）湿度只表示湿空气中所含水份的绝对数，不能反映空气偏离饱和状态的程度（即气体的吸湿能力）。值说明湿空气偏离饱和空气或绝干空气的程度，值越小吸湿能力越大；

=0

，pv=0时，表示湿空气中不含水分，为绝干空气。

=1

，pv=ps时，表示湿空气被水汽所饱和，不能再吸湿。对于空气-水系统：相对湿度：在总压和温度一定时，湿空气中水汽的分压pV与系统温度下水的饱和蒸汽压ps之比的百分数。2023/2/519相对湿度（Relativehumidity）若t<总压下湿空气的沸点，0100%；若t>总压下湿空气的沸点，最大(空气全为水汽)<100%。故工业上常用过热蒸汽做干燥介质；若t>湿分的临界温度，气体中的湿分已是真实气体，此时=0，理论上吸湿能力不受限制。=f(H,t)

ps

随温度的升高而增加，H不变,提高t，，气体的吸湿能力增加，故空气用作干燥介质应先预热。H不变而降低t，，空气趋近饱和状态。当空气达到饱和状态而继续冷却时，空气中的水份将呈液态析出。2023/2/5201.比体积H(Humidvolume)或湿比容(m3/kg绝干气体)比容：1kg绝干空气和相应水汽体积之比。湿空气的比体积、比热容和焓2023/2/5212.比热cH(Humidheat)或比热容kJ/(kg·℃)比热：1kg绝干空气及相应水汽温度升高1℃所需要的热量式中：cg

—绝干空气的比热，kJ/(kg·℃)；

cv—水汽的比热，kJ/(kg·℃)。对于空气-水系统：温度在273~393K范围内，cg=1.01kJ/(kg·℃)，cv=1.88kJ/(kg·℃)2023/2/5223、焓I

(Totalenthalpy)焓：1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。由于焓是相对值，计算焓值时必须规定基准状态和基准温度，一般以0℃为基准，且规定在0℃时绝干空气和液态水的焓值均为零，则对于空气-水系统：显热项汽化潜热项2023/2/523当热、质传递达平衡时，气体对液体的供热速率恰等于液体汽化的需热速率时：（三）湿空气的温度

(1)干球温度t：湿空气的真实温度，简称温度(℃或K)。将温度计直接插在湿空气中即可测量。(2)空气的湿球温度（Wet-bulbtemperature）a.定义qN对流传热hkH气体t,H气膜对流传质液滴表面tw,Hw液滴——湿球温度tw定义式2023/2/524(2)空气的湿球温度（Wet-bulbtemperature）因流速等影响气膜厚度的因素对α

和kH有相同的作用，可认为kH/α与速度等因素无关，而仅取决于系统的物性。饱和气体:H=Hs，tw=t，即饱和空气的干、湿球温度相等。不饱和气体:H<Hs，tw<t。对于空气-水系统：结论：tw=f(t,H)，气体的t和H一定，tw为定值。2023/2/525湿球温度计测定湿球温度的条件是保证纯对流传热，即气体应有较大的流速和不太高的温度，否则，热传导或热辐射的影响不能忽略，测得的湿球温度会有较大的误差。通过测定气体的干球温度和湿球温度，可以计算气体的湿度：气体ttw湿球温度的测定2023/2/526物料充分湿润，湿分在物料表面的汽化和在液面上汽化相同。物料经过预热，很快达到稳定的温度，由于对流传热强烈，物料温度接近气体的湿球温度tw。对于空气-水系统，tw<100℃。当气体的湿度一定时，气体的温度越高，干、湿球温度的差值越大。结论：当物料充分湿润时，可以使用高温气体做干燥介质而不至于烧毁物料。例如，可以使用500℃的气体烘干淀粉。对初始温度为20℃、相对湿度为80%的常压空气湿球温度的测定2023/2/527注注意：(1

湿球温度tw为湿空气温度t和湿度H的函数，tw≤t，湿度越大，湿球温度tw越高，越接近湿空气温度t，当空气达到饱和湿度时，tw=t。(2测量湿球温度时，空气速度一般需大于5m/s，使对流传热起主要作用，相应减少热辐射和传导的影响，使测量较为精确。2023/2/528(3)绝热饱和冷却温度tas2023/2/529高温不饱和空气与水在绝热条件下进行传热、传质并达到平衡状态的过程。达到平衡时，空气与水温度相等，空气被水的蒸汽所饱和。绝热饱和过程设塔与外界绝热，在不饱和空气与大量水充分接触的过程中，水分会不断汽化进入空气中，汽化所需的热量由空气温度下降放出显热供给，水汽又将这部分热量以汽化潜热的形式带回至空气中。随着过程的进行，空气的温度沿塔高逐渐下降、湿度逐渐升高，若两相有足够长的接触时间，最终空气为水汽所饱和，而温度降到与循环水温相同。空气在塔内的状态变化是在绝热条件下降温、增湿直至饱和的过程，达到稳定状态下的温度就是初始湿空气的绝热饱和冷却温度，与之相应的湿度称为绝热饱和湿度，以Has表示。2023/2/530由于ras和Has是tas的函数，故绝热饱和温度tas是气体温度t和湿度H的函数。已知t和H，可以试差求解tas。对于空气-水系统：绝热饱和冷却温度：不饱和的湿空气等焓降温到饱和状态时的温度。2023/2/531tas

tw大量空气与少量湿物料接触大量湿物料与空气接触空气的t，H不变空气的t，H变化动态平衡静态平衡湿球温度与绝热饱和温度对于空气-水蒸汽系统，在数值上相等。但湿球温度和绝热饱和温度是两个完全不同的概念，区别如下：2023/2/532(4)露点td温度为t的不饱和空气在等湿下冷却至温度等于td的饱和状态，此时H=Hs,td。露点：不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度，以td表示；相应的湿度为饱和湿度，以Hs,td表示。处于露点温度的湿空气的相对湿度=

1，空气湿度达到饱和湿度，湿空气中水汽分压等于露点温度下水的饱和蒸气压，则水蒸气-空气系统：不饱和空气t>tas

（或

tw）>td；饱和空气t=tas=td

2023/2/533二、气体湿度图湿空气参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方便和直观，通常使用湿度图。 等湿线等焓线等温线饱和空气线p-H线2023/2/534空气湿度图的绘制（Humiditychart）对于空气-水系统，tas

tw，等tas线可近似作为等tw线。每一条绝热冷却线上所有各点都具有相同的tas。物理意义：以绝热冷却线上所有各点为始点，经过绝热饱和过程到达终点时，所有各状态的气体的温度都变为同一温度。横坐标：空气的湿度，所有的纵线为等湿度线。左侧纵坐标：空气的干球温度，所有横线为等温线。(1)等湿度线(等H线)(2)等焓线（等I线）对给定的tas：t=f(H)在同一条等湿线上不同点所代表的湿空气状态不同，但H相同，露点是将湿空气等H冷却至=

1时的温度。2023/2/535(3)等干球温度线(等t线)I与H呈直线关系，t越高，等t线的斜率越大，读数0-250ºC。(4)等相对湿度线(等线)总压P一定，对给定的：因

ps=f(t)，故

H=f(t)。(5)蒸气分压线总压P一定，

ps=f(H)，p-H

近似为直线关系。2023/2/536空气湿焓图的用法（Useofhumiditychart）两个参数在曲线上能相交于一点，即这两个参数是独立参数，这些参数才能确定空气的状态点。=100%，空气达到饱和，无吸湿能力。<100%，属于未饱和空气，可作为干燥介质。越小，干燥条件越好。1.确定空气的干燥条件2.确定空气的状态点，查找其它参数3.确定绝热饱和冷却温度1）等I干燥过程等焓干燥过程又称绝热干燥过程。a.不向干燥器重补充热量，即QD=0.b.忽略干燥器向周围散失的热量，即QL=0.c.物料进出干燥器的焓相等，即G(I2’_I1’)=0沿等I线，空气t1、t2已知，即可确定H1、H2。2）等H干燥过程恒压下，加热或冷却过程。2023/2/537根据

图上湿空气的状态点，可方便地查出湿空气的其它性质参数。如图片所示，已知空气的状态点为A，由通过A点的等ｔ、等H、等I线可确定A点的温度、湿度和焓。因为露点是在空气等湿冷却至饱和时的温度，所以等Ｈ线与

=100%的饱和空气线的交点所对应的等ｔ线所示的温度即为露点.绝热饱和温度是空气等焓增湿至饱和时的温度，因此，由等I

线与

=100%的饱和空气线交点的等t线所示的温度即为绝热饱和温度tas，对于水蒸汽～空气系统，它也是湿球温度tw。由等H

线与蒸汽分压线的交点可读出湿空气中水汽的分压值。2023/2/538A2023/2/539若已知湿空气的两个独立参数分别为：t–tw、t–td、t–Φ

，湿空气的状态点Ａ的确定方法分别示于图5-5（ａ）、（ｂ）及（ｃ）中。2023/2/540干燥过程的物料衡算和热量衡算

湿物料水分含量的表示方法湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。湿基含水量w：水分在湿物料中的质量百分数。干基含水量X：湿物料中的水分与绝干物料的质量比。换算关系：工业生产中，物料湿含量通常以湿基含水量表示，但由于物料的总质量在干燥过程中不断减少，而绝干物料的质量不变，故在干燥计算中以干基含水量表示较为方便。2023/2/541干燥过程的物料衡算和热量衡算（一）物料衡算（Massbalance）G1—湿物料进口的质量流率，kg/s；G2—产品出口的质量流率，kg/s；

Gc—绝干物料的质量流率，kg/s；

w1—物料的初始湿含量；

w2—产品湿含量；

L

—绝干气体的质量流率，kg/s；

H1—气体进干燥器时的湿度；

H2—气体离开干燥器时的湿度；

W

—单位时间内汽化的水分量，kg/s。湿物料G1,

w1干燥产品G2,

w2热空气L,H1湿废气体L,H2水分蒸发量：2023/2/542

绝干空气消耗量绝干空气比消耗作绝干物料的衡算：--干燥产品，与绝干物料是有区别的。2023/2/543（二）热量衡算Qp——预热器向气体提供的热量，kW；QD——向干燥器补充的热量，kW；QL—干燥器的散热损失，kW。湿物料G1,

w1,1,I’1干燥产品G2,

w2,2,I’2热气体L,H1,t1,I1湿废气体L,H2,t2,I2湿气体L,H0,t0,I0QpQDQL预热器干燥器2023/2/544整个干燥系统的热量衡算在连续稳定操作条件下，系统无热量积累，单位时间内(以1秒钟为基准)：气体焓变物料焓变气体焓变：2023/2/545整个干燥系统的热量衡算汽化湿分所需要的热量：物料焓变：加热固体产品所需要的热量：加热空气：总热量衡算：

2023/2/546预热器的热量衡算预热器的作用在于加热空气。根据加热方式可分为两类：直接加热式：如热风炉。将燃烧液体或固体燃料后产生的高温烟气直接用作干燥介质；间接换热式：如间壁换热器。空气预热器传给气体的热量为如果空气在间壁换热器中进行加热，则其湿度不变，H0=H1，即通过预热器的热量衡算，结合传热基本方程式，可以求得间壁换热空气预热器的传热面积。立筒式金属体燃煤间接加热热风炉2023/2/547干燥器的热量衡算理想干燥过程：气体放出的显热全部用于湿分汽化。多数工业干燥器无补充加热，如果散热损失可视为零，且物料的初始温度与产品温度相同，则加热物料所消耗的热量为零；或当干燥器的补充加热量恰等于加热物料和散热损失的热量，则干燥过程可视为理想干燥过程。理想干燥过程的热量衡算式为理想干燥过程可近似为等焓过程，对空气-水系统：2023/2/548干燥器的热量衡算热气体在干燥器中冷却而放出的热量：物理意义：气体在干燥器中放出的热量和补充加热的热量用于汽化湿分、加热产品和补偿设备的散热损失。2023/2/549干燥系统的热效率和干燥效率热效率的定义：用于汽化湿分和加热物料的热量与外界向干燥系统提供的总热量之比，即Ql’,Ql

，h。干燥任务一定，气体用量，QL’↓，或气体用量，

QD

，可以提高干燥系统的热效率。干燥系统热量衡算式若

QL=QD=02023/2/550干燥系统的热效率和干燥效率干燥效率：汽化湿分所需热量与气体在干燥器中放出的热量之比值。（因为汽化湿分的热量才是有效热量）干燥系统的总效率：对理想干燥过程：Qg=Qw，d,max=100%2023/2/551空气通过干燥器的状态变化一.理想干燥过程（绝热干燥过程）若干燥过程中忽略设备的热损失和物料进出干燥器的温度的变化,而且不向干燥器补充热量,此时干燥器内空气放出的显热全部用于蒸发湿物料中的水分,最后水分又将潜热带回空气中,此时I1=I2,这种干燥过程称为理想干燥过程,又称绝热干燥或是等焓干燥.

2023/2/5522023/2/553二.实际干燥过程在实际干燥过程中,干燥器有一定的热量损失,而且湿物料本身也要被加热,即θ1≠θ2,因此空气的状态不是沿着绝热冷却线变化,这种情况比较复杂，大体可以分为以下几种：1、操作线在过点B等焓线的下方

此过程的条件：（1）不向干燥器补充热量；（2）不能忽略干燥器向周围散失的热量；（3）物料进出干燥器时的焓不相等。2023/2/5542、操作线在过点B的等焓线的上方

若向干燥器补充的热量大于损失的热量和加热物料消耗的热量总和：得：3、操作线在过点B的等温线若向干燥器补充的热量足够多，恰使干燥过程在等温下进行，即空气在干燥过程中维持恒定的温度。2023/2/5552023/2/556固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系湿分的传递方向(干燥或吸湿)和限度(干燥程度)由湿分在气体和固体两相间的平衡关系决定。pXpsXh平衡状态：当湿含量为X的湿物料与湿分分压为p的不饱和湿气体接触时，物料将失去自身的湿分或吸收气体中的湿分，直到湿分在物料表面的蒸汽压等于气体中的湿分分压。平衡含水量：平衡状态下物料的含水量。不仅取决于气体的状态，还与物料的种类有很大的关系。X*p2023/2/557物料中的水分1.结合水分与非结合水分一定干燥条件下，水分除去的难易，分为结合水与非结合水。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汽压和汽化能力。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*01.00.52023/2/558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)。化学结合水分与溶涨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，易于汽化。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，蒸汽压或汽化能力与水分和物料结合力的强弱有关。2023/2/5592.平衡水分和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X*的水分，是不可除水分。自由水分：高于平衡含水量X*的水分，是可除水分。吸湿过程：若X<Xh

，则物料将吸收饱和气体中的水分使湿含量增加至湿含量Xh，即最大吸湿湿含量，物料不可能通过吸收饱和气体中的湿分使湿含量超过Xh。欲使物料增湿超过Xh，必须使物料与液态水直接接触。干燥过程：当湿物料与不饱和空气接触时，X向X*接近，干燥过程的极限为X*。物料的X*与湿空气的状态有关，空气的温度和湿度不同，物料的X*不同。欲使物料减湿至绝干，必须与绝干气体接触。2023/2/5602023/2/561物料的吸湿性物料湿含量的平衡曲线有两种极端情况。强吸湿性物料：与水分的结合力很强，平衡线只是渐近地与=100%接近，平衡湿含量很大。如某些生物材料。非吸湿性物料：与水结合力很弱，平衡线与纵坐标基本重合，X*=Xh0，如某些不溶于水的无机盐(碳酸盐、硅酸盐)等。00.20.40.60.81.00.10.20.3烟叶木材氯化锌优质纸湿含量X相对湿度一般物料的吸湿性都介于二者之间。2023/2/562两种分类方法的不同：自由水分是在干燥中可以除去的水分，而平衡水分是不能除去的，自由水分和平衡水分的划分除与物料有关外，还决定于空气的状态。非结合水分是在干燥中容易除去的水分，而结合水分较难除去。是结合水还是非结合水仅决定于固体物料本身的性质，与空气状态无关。2023/2/563对流干燥的基本规律恒定干燥条件下的间歇干燥实验:（一）干燥实验曲线在恒定条件下（空气温度、湿度、流速及其与物料的接触状况保持恒定），定时测定物料的质量变化，并记录每一时间间隔内物料质量变化及物料表面温度，直至物料的质量恒定为止。2023/2/564对一定干燥任务，干燥器尺寸取决于干燥时间和干燥速率。由于干燥过程的复杂性，通常干燥速率不是根据理论进行计算，而是通过实验测定的。为了简化影响因素，干燥实验都是在恒定干燥条件下进行的，即在一定的气－固接触方式下，固定空气的温度、湿度和流过物料表面的速度进行实验。为保证恒定干燥条件，采用大量空气干燥少量物料，以使空气的温度、湿度和流速在干燥器中恒定不变。实验为间歇操作，物料的温度和含水量随时间连续变化。干燥曲线和干燥速率曲线2023/2/565恒速干燥段(Constant-rateperiod)BC：物料温度恒定在tw，X~变化呈直线关系，气体传给物料的热量全部用于湿分汽化。预热段(Pre-heatperiod)AB：初始含水量X1和温度

1变为X和tw。物料吸热升温以提高汽化速率，但湿含量变化不大。干燥曲线：物料含水量X与干燥时间的关系曲线。干燥曲线和干燥速率曲线降速干燥段(Falling-rateperiod)CDE：物料开始升温，X变化减慢，气体传给物料的热量仅部分用于湿分汽化，其余用于物料升温，当X=X*，=t。2023/2/5662023/2/567恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间干燥速率u：干燥器单位时间内单位干燥表面积上的汽化的水分量(kg水分/(m2s))。微分形式为：式中：u——干燥器的干燥速率，kg/(m2s)；

W——汽化水份量，kg；

Gc——绝干物料的质量，kg；

如果物料形状是不规则的，干燥面积不易求出，则可使用干燥速率进行计算。

一、间歇干燥过程的干燥速率曲线2023/2/568干燥曲线和干燥速率曲线干燥速率曲线：干燥速率u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。u2023/2/569设物料的初始湿含量为X1，产品湿含量为X2：当X1＞Xc

和X2＜Xc时，干燥有两个阶段；当X1＜Xc

或X2＞Xc时，干燥都只有一个阶段，即降速干燥或恒速干燥段。由于物料预热段很短，通常将其并入恒速干燥段；以临界湿含量Xc

为界，可将干燥过程只分为恒速干燥和降速干燥两个阶段。ABCD干燥速率u或NABCD物料温度twXcX*湿含量XIIIC’2023/2/570理论解释1、恒速干燥段：物料表面湿润，其状况与湿球温度计的湿棉布表面的状况类似。物料表面的温度等于空气的湿球温度（假设湿物料受辐射传热的影响可忽略）。

X>Xc，汽化的是非结合水。恒定干燥条件下α和kH不变由物料内部向表面输送的水分足以保持物料表面的充分湿润，干燥速率由水分汽化速率控制(取决于物料外部的干燥条件)，故恒速干燥段又称为表面汽化控制阶段。湿物料与空气间的q

和N

恒定2023/2/571由于物料表面和空气间的传热和传质过程与测湿球温度时的情况基本相同：一批操作中空气传给物料的总热量，kJ。在恒定干燥阶段，空气传给湿物料的显热恰等于水分汽化所需的汽化热：2023/2/572恒速干燥的特点：（1）u=uc=const.（2）物料表面温度为tw；（3）在该阶段除去的水分为非结合水分。（4）恒速干燥阶段的干燥速率只与空气的状态有关，而与物料的种类无关。2023/2/573物料的结构和吸湿性降速段干燥速率曲线的形状因物料的结构和吸湿性而异。A多孔性物料(Porousmedia)：湿分主要是藉毛细管作用由内部向表面迁移。B非吸湿性物料(Nonhygroscopicmedia)：依靠毛细管力的作用使水分向表面传递。C吸湿性物料(Hygroscopicmedia)：与水分的亲合能力大。D非多孔性物料(Nonporousmedia)：借助扩散作用向物料表面输送湿分，或将湿分先在内部汽化后以汽态形式向表面扩散迁移。如肥皂、木材、皮革等。不同物料的干燥机理不同，湿分内扩散机理不同，干燥速率曲线的形状不同，情况非常复杂，故干燥曲线应由实验的方法测定。2023/2/5742、降速干燥段：X<Xc物料实际汽化表面变小(出现干区)，第一降速段；随着干燥过程的进行，物料内部水分迁移到表面的速率已经小于表面水分的汽化速率。物料表面不能再维持全部润湿，而出现部分“干区”，即实际汽化表面减少。去除的水分为结合、非结合水分。汽化表面内移，第二降速段；当物料全部表面都成为干区后，水分的汽化面逐渐向物料内部移动，传热是由空气穿过干料到汽化表面，汽化的水分又从湿表面穿过干料到空气中，降速干燥阶段又称为物料内部迁移控制阶段。

2023/2/5752023/2/576降速干燥阶段特点：（1）随着干燥时间的延长，干基含水量X减小，干燥速率降低；（2）物料表面温度大于湿球温度；（3）除去的水分为非结合、结合水分；（4）降速干燥阶段的干燥速率与物料种类、结构、形状及尺寸有关，而与空气状态关系不大。2023/2/5773、临界湿含量（Criticalmoisturecontent）物料在干燥过程中经历了预热、恒速、降速干燥阶段，用临界含水量Xc加以区分，Xc越大，越早地进入降速阶段，使完成相同的干燥任务所需的时间越长，Xc的大小不仅与干燥速率和时间的计算有关，同时由于影响两个阶段的因素不同，因此确定Xc值对强化干燥过程也有重要意义。

Xc

决定两干燥段的相对长短，是确定干燥时间和干燥器尺寸的基础数据，对制定干燥方案和优化干燥过程十分重要。注意：Xc

与物料的厚度、大小以及干燥速率有关，所以不是物料本身的性质。一般需由实验测定。2023/2/5782023/2/579第四节干燥过程的计算物料的停留时间应大等于给定条件下将物料干燥至指定的含水量所需的干燥时间，并由此确定干燥器尺寸。若已知物料的初始湿含量X1

和临界湿含量Xc，则恒速段的干燥时间为恒速干燥段的干燥时间若传热干燥面积S为已知，则由上式求干燥时间的问题归结为气固对流给热系数α的求取。1.恒定干燥条件下干燥时间的计算2023/2/580恒速干燥段的干燥时间(1)空气平行流过静止物料层的表面L’—湿气体质量流速，kg/(m2·h)；(2)空气垂直流过静止物料层的表面适用条件：L’=2450~29300kg/(m2·h)，气体温度45~150℃。适用条件：L’=3900~19500kg/(m2·h)(3)气体与运动着的颗粒间的传热注意：利用上述方程计算给热系数来确定干燥速率和干燥时间，其误差较大，仅能作为粗略估计。2023/2/581降速干燥段的干燥时间(1)图解积分法降速段的干燥时间可以从物料干燥曲线上直接读取。计算上通常是采用图解法或解析法。当降速段的u~X呈非线性变化时，应采用图解积分法。在X2~

Xc之间取一定数量的X值，从干燥速率曲线上查得对应的u，计算Gc/Su；作图Gc/Su~X，计算曲线下面阴影部分的面积。XoXcX2Gc/Su2023/2/582降速干燥段的干燥时间(2)解析法当降速段的u~X呈线性变化时，可采用解析法。降速段干燥速率曲线可表示为ABCD干燥速率uXuXcX*湿含量Xuc当缺乏平衡水分的实验数据时，可以假设X*=0，则有干燥时间为：τ=τ1+τ22023/2/583三、干燥设备及其工作原理（一）鼓风烘箱干燥器及其原理

厢式干燥器1-空气入口；2-空气出口；3-风机；4-电动机；5-加热器；6-挡板；7-盘架；8-移动轮2023/2/584

厢式干燥器是用数显仪表与温度传感器的连接来控制工作室的温度,采用热风循环送风来干燥物料，热风循环系统分为水平送风和垂直送风，均经过专业设计，风源是由电机运转带动送风风轮，使吹出的风吹在电热管上，形成了热风，将热风由风道送入厢式干燥器的工作室，且将使用后的热风再次吸入风道成为风源再度循环加热，大大提高了温度均匀性。如箱门使用中被开关，可借此送风循环系统迅速恢复操作状态温度值。2023/2/585（二）网带烘干干燥设备网带烘干干燥设备

网带式烘干机主要原理是将物料均匀的平铺在网带上，网带采用12-60目的钢丝网带，由传动装置拖动在干燥机内往返移动，热风在物料间穿流而过，水蒸气从排湿孔中排出，从而达到干燥的目的。2023/2/586（三）鼓风干燥料斗

鼓风干燥料斗及其结构示意图2023/2/587进风2023/2/588（四）气流式干燥器气流干燥器1-料斗2-螺旋加料器3-空气过滤器4-风机5-预热器2023/2/589（四）气流式干燥器2023/2/590（五）沸腾床干燥器（a）单层流化床（b）多层流化床（c）卧式多式流化床

流化床干燥器1-多孔分布板；2-加料口；3-出料口；4-挡板；5-物料通道（间隙）；6-出口堰板2023/2/591（六）红外干燥器2023/2/592（七）微波干燥器2023/2/593四、塑料干燥实例（一）PC注射成型前的干燥聚碳酸酯的吸水曲线2023/2/594聚碳酸酯注射成型时允许的水分含量为0.02-0.03%，为了达到PC水分含量要求，在注射成型前可对PC树脂进行鼓风干燥或真空干燥，对于大批量的PC树脂干燥还可采用沸腾床干燥。当