第四节 固体物料干燥过程的平衡关系和速率关系

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1、第四节 固体物料干燥过程的平衡关系和速率关系§8.4.1物料的平衡湿含量一．平衡湿含量（平衡水分）将湿物料与一定状态的空气接触发生去湿，直到物料表面所产生的蒸汽压与空气中的水蒸气分压相等为止。此时物料中所含的水分称为该空气状态下物料的平衡水分。平衡水分因物料种类的不同而有很大的差别，同一种物料的平衡水分也因空气状况的不同而不同。某些物料在25℃下的平衡水分与空气相对湿度的关系如图所示。由图可见对于非吸水性物性，例如陶土的平衡水分几乎等于零，对于吸水性物料，例如烟草，皮革及木材等的平衡水分较高，而且随空气状况不同而有较

2、大的变化。由图还可见当空气的相对湿度为零时，任何物料的平衡水分均为零。由此可知只有使物料与相对湿度为零的空气相接触，才有可能获得绝干的物料。若物料与一定湿度的空气进行接触，物料中总有一部分水分不能被除去，这部分水分就是平衡水分。它表示在该空气状态下物料能被干燥的限度。通常物料的平衡水分都是由实验测定得到的。若空气的相对湿度一定，则物料的平衡水分随空气温度升高而减小。二．结合水分和非结合水分结合水分和非结合水分是根据水分与物料结合力的状况来划分的。①   结合水分包括物料细胞壁内的水分及小毛细管中的水分，这些水分与物料

3、的结合力较强。其特点是产生不正常的低蒸汽压，即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，所以结合水分较纯水难除去。②   非结合水分包括物料中吸附的水分和孔隙中的水分，这些水分与物料是机械结合，结合力较弱。物料中非结合水分与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，同时非结合水分的汽化和纯水一样，在干燥过程中极易除去。三．平衡水分和自由水分两者是根据在一定的平衡条件下物料中所含的水分能否用干燥的方法加以除去来划分的。结合水分和非结合水分，平衡水分和自由水分的关系用图表示出来。§8.4.2物料在定态空气条

4、件下的干燥速率1．干燥动力学实验1），干燥实验2），干燥曲线随着干燥过程的进行，水分被不断汽化，湿物料的质量不断减少，用记录仪记录，取湿物料质量随时间的变化规律，用测温元件汲取湿物料表面温度随时间的变化规律。X~τ曲线及θ~τ曲线称为干燥曲线，如下图各中A表示物料起始含水量,容度,干燥开始后，物料含水量及其表面温度均随时间而变化。曲线均存在这三个阶段：AB段：，在阶段空气中的部分热量用于加热物料，故物料的Z随的变化不大，即较小BC段：在阶段空气中的部分热量基本上成直线关系表面温度恒定等于，阶段内的空气传递给物料的显热

5、恰好等于水分从物料汽化所需的潜热，而物料的表面温度等于热空气的。（这一阶段恰似湿球温度测温原理）。CDE段：，物料开始升温，热空气中部分热量用于加热物料时使其由升高到，另一部分热量用于汽化水分，因dZ/dτ  逐渐变为平坦，直到物料中含水降至平衡水分为止。2、干燥速率曲线干燥速率（亦即水分汽化速率） 由干燥曲线求出各点斜率dX/dε，按上式计算物料在不同含水量时的干燥速率，然后描出干燥速率曲线。考察实验所得的干燥速率曲线可知，整个干燥过程可分为衡速干燥与降速干燥阶段，每个干燥阶段的传热、传质有各自的特点。3、恒速干燥

6、阶段在此阶段中，固体物料表面覆盖着水层，其状况与湿球温度计纱布表面的状况相似。物体表面的温度等于该空气的湿球温度，此阶段的空气传递给物料的显热恰好等于水分从物料表面汽化所需的潜热。当为定值时，物料表面的湿含量也为定值。所以 ，干燥速率与物料本身性质无关。应该指出，在整个恒速干燥阶段中，要求湿物料内部的水分向其表面传递的速率能够与水分自物料表面汽化的速率相适应，使物料表面汽化始终维持润湿状态。显然，恒速干燥阶段的干燥速率的大小取决于物料表面水分的汽化速率，以取决于物料外部的干燥条件，所以恒速干燥阶段又称为表面汽化控制阶

7、段。强化过程：t上升，H下降，u上升。AB段叫预热段，此阶段所需的时间较短，一般并入BC段考虑。见例54、降速干燥阶段此阶段内干燥速率随物料含水量的减小而降低。降速阶段干燥速率的变化规律与物料性质及其内部结构有关。降速的原因大致有如下四个：1），实际汽化表面减小 随着干燥的进行，由于水分的不均匀分布，局部表面的水亦先除去而成“干区”。A（实际干燥面积）

8、，造成干燥速率下降，此为干燥速率曲线中的DE段，也称为第二降速阶段。3），平衡蒸汽压下降 当物料中非结合水已被除尽，所汽化的已是各种形式的结合水时，平衡蒸汽压将逐渐下降，使传质推动力减小，干燥速率也随之降低。4），固体内部水分的扩散极慢对非多孔性物质，如肥皂、木材等，汽化表面只能是物料的外表面，汽化面不能内移。当表面水分去除后，干燥速率取决于固