第四节固体物料干燥进程的平稳关系与速度关系.docx
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第四节固体物料干燥进程的平稳关系与速度关系
第四节 固体物料干燥进程的平稳关系和速度关系
§物料的平稳湿含量
一.平稳湿含量(平稳水分
)
将湿物料与必然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。
现在物料中所含的水分称为该空气状态下物料的平稳水分。
平稳水分因物料种类的不同而有专门大的不同,同一种物料的平稳水分也因空气状况的不同而不同。
某些物料在25℃下的平稳水分与空气相对湿度的关系。
由图可见关于非吸水性物性,例如陶土的平稳水分几乎等于零,关于吸水性物料,例如烟草,皮革及木材等的平稳水分较高,而且随空气状况不同而有较大的转变。
由图还可见当空气的相对湿度为零时,任何物料的平稳水分均为零。
由此可知只有使物料与相对湿度为零的空气相接触,才有可能取得绝干的物料。
假设物料与必然湿度的空气进行接触,物料中总有一部份水分不能被除去,这部份水分确实是平稳水分。
它表示在该空气状态下物料能被干燥的限度。
通常物料的平稳水分都是由实验测定取得的。
假设空气的相对湿度必然,那么物料的平稳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依照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,致使干燥进程的传质推动力降低,因此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,在干燥进程中极易除去。
三.平稳水分和自由水分
二者是依照在必然的平稳条件下物料中所含的水分可否用干燥的方式加以除去来划分的。
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。
§物料在定态空气条件下的干燥速度
1.干燥动力学实验
1),干燥实验
2),干燥曲线
随着干燥进程的进行,水分被不断汽化,湿物料的质量不断减少,用记录仪记录,取湿物料质量随时刻的转变规律,用测温元件汲取湿物料表面温度随时刻的转变规律。
X~τ曲线及θ~τ曲线称为干燥曲线,如以下图
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刻而转变。
曲线均存在这三个时期:
AB段:
,在时期空气中的部份热量用于加热物料,故物料的Z随的转变不大,即较小
BC段:
在时期空气中的部份热量大体上成直线关系表面温度恒定等于,时期内的空气传递给物料的显热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。
(这一时期好似湿球温度测温原理)。
CDE段:
,物料开始升温,热空气中部份热量用于加热物料时使其由
升高到
,另一部份热量用于汽化水分,因dZ/dτ 慢慢变成平坦,直到物料中含水降至平稳水分
为止。
二、干燥速度曲线
干燥速度(亦即水分汽化速度)
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度,然后描出
干燥速度曲线。
考察实验所得的干燥速度曲线可知,整个干燥进程可分为衡速干燥与降速干燥时期,每一个干燥时期的传热、传质有各自的特点。
3、恒速干燥时期
在现在期中,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
,现在期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。
因此
,干燥速度与物料本身性质无关。
应该指出,在整个恒速干燥时期中,要求湿物料内部的水分向其表面传递的速度能够与水分自物料表面汽化的速度相适应,使物料表面汽化始终维持润湿状态。
显然,恒速干燥时期的干燥速度的大小取决于物料表面水分的汽化速度,以取决于物料外部的干燥条件,因此恒速干燥时期又称为表面汽化操纵时期。
强化进程:
t上升,H下降,u上升。
AB段叫预热段,现在期所需的时刻较短,一样并入BC段考虑。
4、降速干燥时期
现在期内干燥速度随物料含水量的减小而降低。
降速时期干燥速度的转变规律与物料性质及其内部结构有关。
降速的缘故大致有如下四个:
1),实际汽化表面减小
随着干燥的进行,由于水分的不均匀散布,局部表面的水亦先除去而成
“干区”。
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