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第6章 固体干燥
6.3湿物料中水分的性质
(一)水与物料不同的结合方式
1.吸附水分 ①吸水性物料以吸附力结合
的水分.；
②湿物料粗糙表面上机械地
附着的水分
2.毛细管水分(多孔性物质)
①较大毛细管孔隙内水分同机械吸
附水分；
②较小毛细管孔隙内水分受毛细管力作用。
物料在结晶过程中以化学力结合的水分。
。
渗透进物料的细胞壁中，使物料体积增加，并成为物料的组成部分，极难脱除。
4.化学结合水分(不在干燥之列)
3.物料细胞壁内水分(溶胀水分)
(二)物料中的水分分类：
1、平衡水分与自由水分：根据物料中所含水分在一定的条件下能否用对流干燥的方法将除去来划分为平衡水分和自由水分。
（1） 平衡水分（X*）—不能用干燥方法除去的水分。
X* = f（物料种类、空气性质）
（2） 自由水分（X－X*——可用干燥方法除去的水分。
如将某一物料与一定温度及湿度地空气相接触，物料将被除去或吸收水分，直到物料表面所产生的水蒸汽压力与空气中的水蒸汽压力相等为止，而使物料的含水量达于一定数值，此数值称为该光线状态下此物料的平衡含水量。
平衡水分因物料种类的不同有很大的差别；同一种物料的平衡水分也因空气状态的不同而异。
只有使物料与相对湿度百分数为零的空气相接触，才能获得绝干的物料；反之如果使物料与一定湿度的空气接触，物料中总有一部分水（即平衡水分）不能除去。故平衡水分是在一定的空气状态下物料可以被干燥的最大限度。
结合水是指存在于物料细胞壁内的水分、小毛细管中的水分以及胶体结构物料中的水分等。这些水分与物料结合力强，因此结合水分的特点是产生低蒸汽压，即其蒸汽压低于同温度下纯水的蒸汽压，所以结合水是较难除去的水分。
非结合水是指存在于物料表上的润湿水以及颗粒堆积层中的大空隙中的水分等。这些水与物料结合力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，因此非结合水的气化与纯水的气化相同，在干燥过程中易被除去。
2、结合水分与非结合水分
结合水与非结合水分都很难用实验方法直接测定，但可根据它们的特点，而利用平衡关系外推得到。在一定温度下，物料中的结合水与非结合水的划分，只取决于物料本身的特性，而与其接触的空气无关。
平衡水分一定是结合水分。
φ
100％
50％
X
自由水分
结合水分
非结合水
总水分
平衡水分
【例题】在常压25℃下，水分在ZnO与空气间的平衡关系为：相对湿度 φ＝100%，平衡含水量X*＝0.02 kg水/kg干料相对湿度 φ＝40%，平衡含水量X*＝0.007 kg水/kg干料，现ZnO的含水量为0.25 kg水/kg干料，令其与25℃， φ＝40%的空气接触，求物料的自由水分、平衡水分、结合水分和非结合水分。
案例分析
练习题
常压下,已知25℃时氯化镁物料的气固两相水分的平衡关系是:当Φ=100%时,X*=0.02㎏水/ ㎏绝干物料;当Φ=40%时, X*=0.007㎏水/ ㎏绝干物料.设氯化镁的含水量为0.25㎏水/ ㎏绝干物料,若t=25 ℃,与 Φ=40%的恒定空气长时间充分接触,试问物料的平衡含水量,自由含水量,结合水,非结合水的含水量是多少
干燥设备的设计计算
平衡关系——干燥方向与极限
速率关系——干燥时间长短
干燥静力学
干燥动力学
热量衡算 Q
L
W
物料衡算
6.4干燥过程的物料衡算
干燥——气、固同时传质、热的过程。
而物料的性质、形状、尺寸、受热能力以及干燥要求千差万别，使得干燥介质、设备类型、
加热方式、干介与物料间流向等的选择，以及某些参数的确定都必须根据具体情况决定。
设计型计算 用已知条件和干燥要求确定
操作参数(L，W，Q等) 和设备的工艺尺寸(干燥
时间和干燥设备的截面积) 。
一.物料衡算
物料衡算要解决的问题是：①将湿物料干燥到指定的含水量所需蒸发的水分量；②干燥过程需要消耗的空气量。为进一步进行热量衡算、选用通风机和确定干燥器的尺寸提供有关数据。
LH1+GcX1=LH2+GcX2
或 L(H2-H1)=G (X1-X2)=W [kg水/s]
L ,H0
L ,H1
Gc,X2
L, H2
Gc ,X1
Q
（一）水分蒸发量W
对连续操作逆流干燥器作关于水分的物料衡算，以1s为衡算基准，设干燥器内无物料损失。则：
对间歇操作的干燥器作物料衡算，以处理一批物料所需的时间及物料量为衡算基准。
（二）空气消耗量Ｌ
衡量干燥效
果的指标之一
蒸发1kg水分的“单位空气消耗量”
[kg干气/s]
为了选择输送空气的风机型号，可以用下式计算出相应于L kg干气/s的湿空气的体积流量：
[kg干气/ kg水]
由上式 ：L(H2-H1)=G(X1-X2)=W
@
（三）干燥产品流量G2
GC— 单位时间内绝干物料流量，绝干料 kg / s
二 、热量衡算
QL
I1, L, t1 , H1
产品
G2, w2, (X2), θ2
湿物料
G1, w1, (X1), θ1
I2, L, t2 , H2
废气
I0, L, t0 , H0
新鲜空气
QP
预热器
QD
干
燥
器
预热器传给干燥介质的热量为 ：
对间壁预热器中进行加热，则H0=H1，即 ：
干燥器
2.向干燥器补充的热量
L I1 H1 t1
G1 w1 I1’ 1
L I2 H2 t2
G2 w2 I2’ 2
QD
QL
湿物料的焓的表示:
以0℃液态湿分及固体的焓为0，则以1kg绝干物料为基准的焓：
3. 干燥系统总热量消耗 (衡算)
=1.01L(t2-t0)+L(2490+1.88t2)(H2-H0)
∵H1=H0及L=W / (H2-H1)
∴=W(2490+1.88t2)
①
③
②
④
①加热干空气 ②蒸发水分 ③加热物料 ④热损失
=L(I2-I0)+G (I2'-I1')+QL
假设: 1.新鲜空气中水气的焓=废气中水气的焓 Iv0=Iv2
=Qv
@
+Gcm( 2- 1)
+QL
2.湿物料进出干燥器时比热取平均值 cm=cs+cwX
Q=QP+QD=L(I1-I0)+L(I2-I1)+G (I2'-I1')+QL
三、干燥器的热效率与干燥效率
干燥器的热效率
影响热效率的因素
1.
2.
t2不能过低，一般规定t2比进入干燥器时空气的湿球温度tw高20 ~ 50℃。才能保证空气进入干燥器以后的分离设备中不致析出水滴，否则，将会使产品返潮，且易造成管道堵塞和设备材料腐蚀等。
干燥器的干燥效率
干燥器的热效率和干燥效率表示干燥器的操作性能，其值越高表示热利用程度越好。
提高的措施
①降低废气的温度；
②提高空气的预热温度；
③减少干燥过程的各项热损失；
a. 做好干燥设备和管道的保温工作；
b. 防止干燥系统的渗透；
④采用部分废气循环操作
练习题1
有一干燥器干燥某一物料，每小时处理物料量为2000kg，经干燥后使物料的湿基含水量由30%减至10%，试求水分的蒸发量。
练习题2
在一连续干燥器中干燥盐类结晶,每小时处理湿物料量为1000kg,经干燥后物料的含水量由40%减至5%(均为湿基),以热空气为干燥介质,初始湿度H0为0.009kg水/kg绝干气,离开干燥器时的湿度H2为0.039kg水/kg绝干气,假定干燥过程中无物料损失,试求(1)水分蒸发量W(kg/h);
(2)空气消耗量L (kg/h);

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