西北大学化工原理 第三节 干燥速率与干燥过程的计算 一、物料在定态空气条件下的干燥速率 恒定干燥条件：空气的温度、湿度、流 速及物料接触方式不变。 1、干燥动力学实验 用温度t、相对湿度ϕ及流速保持不变的 空气流干燥小块固体物料，物料表面处的空 气状况基本相同，随着干燥时间的延续，水 分被不断汽化。湿物料的质量减少，自由含 水量X与时间τ的关系如下
西北大学化工原理 第三节 干燥速率与干燥过程的计算 一、物料在定态空气条件下的干燥速率 恒定干燥条件：空气的温度、湿度、流 速及物料接触方式不变。 1、干燥动力学实验 用温度t、相对湿度ϕ及流速保持不变的 空气流干燥小块固体物料，物料表面处的空 气状况基本相同，随着干燥时间的延续，水 分被不断汽化。湿物料的质量减少，自由含 水量X与时间τ的关系如下
西北大学化工原理 Ad τ dG N XC A −= 干燥速率或水分汽化速 率—单位时间、单位物 料表面被汽化的水分。 A B C D E 时间τ 0 自由含水量X k g/ k g (a) 干燥曲线
西北大学化工原理 Ad τ dG N XC A −= 干燥速率或水分汽化速 率—单位时间、单位物 料表面被汽化的水分。 A B C D E 时间τ 0 自由含水量X k g/ k g (a) 干燥曲线
西北大学化工原理 由干燥曲线各点求斜 率 ，再根据干燥速 率公式计算NA可得干燥速 率曲线 NA=f（X） 对指定的物料，干燥 速率与空气的状态有关 系，即空气的温度、湿度 不同，速率曲线的位置就 不同。 0 E D A B XC C 自由含水量 X (b)干燥速率曲线 干燥速率N A k g/ k g dτ dX
西北大学化工原理 由干燥曲线各点求斜 率 ，再根据干燥速 率公式计算NA可得干燥速 率曲线 NA=f（X） 对指定的物料，干燥 速率与空气的状态有关 系，即空气的温度、湿度 不同，速率曲线的位置就 不同。 0 E D A B XC C 自由含水量 X (b)干燥速率曲线 干燥速率N A k g/ k g dτ dX
西北大学化工原理 图14-13 石棉纸浆的干燥速率曲线
西北大学化工原理 图14-13 石棉纸浆的干燥速率曲线
西北大学化工原理 根据干燥速率曲线，物料的干燥速率从B点到C点是保 持恒定的，干燥速率并不随含水量的减少而改变，称 其为恒速干燥阶段。 从A到B为物料的预热阶段，此阶段所需时间很短，通 常归并在恒速阶段处理，对于含水量低于X c，直到平 衡含水量X*这一阶段内，干燥速率随着含水量的减少 而降低，称为降速干燥阶段，C点为降速与恒速段的分 界点，称为临界点。该点的干燥速率仍等于恒速阶段 的干燥速率，与C点对应的物料含水量XC称为临界含水 量，从中扣除平衡含水量后则称为临界自由含水量XC
西北大学化工原理 根据干燥速率曲线，物料的干燥速率从B点到C点是保 持恒定的，干燥速率并不随含水量的减少而改变，称 其为恒速干燥阶段。 从A到B为物料的预热阶段，此阶段所需时间很短，通 常归并在恒速阶段处理，对于含水量低于X c，直到平 衡含水量X*这一阶段内，干燥速率随着含水量的减少 而降低，称为降速干燥阶段，C点为降速与恒速段的分 界点，称为临界点。该点的干燥速率仍等于恒速阶段 的干燥速率，与C点对应的物料含水量XC称为临界含水 量，从中扣除平衡含水量后则称为临界自由含水量XC
西北大学化工原理 2、恒速干燥阶段 当物料最初非常潮湿，其表面层的水分可认为全部 是非结合水分，在干燥时，物料与空气间的传热、传质 过程和测定湿球温度时的情况相类似，经过较短的接触 时间后，物料表面即达空气的湿球温度t w，且维持不 变，按传质速率式 NA=k H （Hw-H） 在恒速干燥阶段，干燥速率的大小是由物料表面水 分水分汽化的速率而定。因此，恒速干燥阶段又称表面 汽化控制阶段。影响恒速干燥阶段速率的因素有k H和 （Hw-H），即增大空气流速便能提高kH，提高空气的温度 降低H，以增大（Hw-H），此外，水分从物料表面汽化的 速率与空气和物料接触的方式有关
西北大学化工原理 2、恒速干燥阶段 当物料最初非常潮湿，其表面层的水分可认为全部 是非结合水分，在干燥时，物料与空气间的传热、传质 过程和测定湿球温度时的情况相类似，经过较短的接触 时间后，物料表面即达空气的湿球温度t w，且维持不 变，按传质速率式 NA=k H （Hw-H） 在恒速干燥阶段，干燥速率的大小是由物料表面水 分水分汽化的速率而定。因此，恒速干燥阶段又称表面 汽化控制阶段。影响恒速干燥阶段速率的因素有k H和 （Hw-H），即增大空气流速便能提高kH，提高空气的温度 降低H，以增大（Hw-H），此外，水分从物料表面汽化的 速率与空气和物料接触的方式有关
西北大学化工原理 恒速干燥特点： 1. NA＝NAC＝const. 2. 物料表面温度为t w 3. 去除的水分为非结合水分 4. 影响 NA的因素： 恒速干燥阶段——表面汽化控制阶段 只与空气的状态有关，而与物料种类无关 t ↑→ (t − t w) ↑ H ↓→ (H w − H) ↑ NAC ↑ NA↑ u ↑→ α ↑ k H ↑
西北大学化工原理 恒速干燥特点： 1. NA＝NAC＝const. 2. 物料表面温度为t w 3. 去除的水分为非结合水分 4. 影响 NA的因素： 恒速干燥阶段——表面汽化控制阶段 只与空气的状态有关，而与物料种类无关 t ↑→ (t − t w) ↑ H ↓→ (H w − H) ↑ NAC ↑ NA↑ u ↑→ α ↑ k H ↑
西北大学化工原理 3、降速干燥阶段： 在降速干燥阶段，干燥 速率的变化规律与物料 的性质及内部结构有 关。降速的原因如下： ①实际汽化表面减小 ②汽化面内移 ③平衡蒸汽压下降 ④固体内部水分的扩散极慢 图14-14 水分在多孔物料中的分 布
西北大学化工原理 3、降速干燥阶段： 在降速干燥阶段，干燥 速率的变化规律与物料 的性质及内部结构有 关。降速的原因如下： ①实际汽化表面减小 ②汽化面内移 ③平衡蒸汽压下降 ④固体内部水分的扩散极慢 图14-14 水分在多孔物料中的分 布
西北大学化工原理 4、临界含水量及其影响因素 临界湿含量与物料的结构、料层厚度、干燥介质的 性质以及物料的分散程度有关。 ①吸水性物料的临界含水量大于非吸水性物料的临 界含水量这是因为对于相同的初始含水量，吸水性强的 物质内部水分所占的比例大，而外部水分所占 的比例 小，在干燥曲线上表现为吸水性强的物质由水平线转变 为曲线的转折点出现的早。 ②料层越薄，临界含水量越小； ③干燥介质的气速越高，物料的干燥速率越高，临 界含水量越高； ④物料分散的越细，临界含水量越小 ⑤气体介质的相对湿度越小，干燥速率越高，临界 含水量越高
西北大学化工原理 4、临界含水量及其影响因素 临界湿含量与物料的结构、料层厚度、干燥介质的 性质以及物料的分散程度有关。 ①吸水性物料的临界含水量大于非吸水性物料的临 界含水量这是因为对于相同的初始含水量，吸水性强的 物质内部水分所占的比例大，而外部水分所占 的比例 小，在干燥曲线上表现为吸水性强的物质由水平线转变 为曲线的转折点出现的早。 ②料层越薄，临界含水量越小； ③干燥介质的气速越高，物料的干燥速率越高，临 界含水量越高； ④物料分散的越细，临界含水量越小 ⑤气体介质的相对湿度越小，干燥速率越高，临界 含水量越高
西北大学化工原理 5、干燥操作对物料性状的影响 在恒速阶段，物料表面温度维持在湿球温 度。因此，即使在高温下易于变质、破坏的物 料，仍然允许在恒速阶段采用较高的气流温度， 以提高干燥速率及热的利用率。在降速阶段，物 料温度逐渐升高，所以，在干燥后期须注意不使 物料温度过高
西北大学化工原理 5、干燥操作对物料性状的影响 在恒速阶段，物料表面温度维持在湿球温 度。因此，即使在高温下易于变质、破坏的物 料，仍然允许在恒速阶段采用较高的气流温度， 以提高干燥速率及热的利用率。在降速阶段，物 料温度逐渐升高，所以，在干燥后期须注意不使 物料温度过高