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第6章 固体干燥
6.5干燥速率
工程上,对某物料欲除去一定的水量,需要一定的时间.除去的水分一定,时间的长短取决于干燥速率,速率快,干燥时间短。干燥速率如何得知呢 首先要知道干燥过程的速率,才能知道干燥的时间.
干燥速率与干燥过程有关,而干燥过程又与干燥空气状态有关.
干燥过程分为恒定干燥和非恒定干燥.
恒定干燥:指干燥操作过程中空气的温度、湿度、流速及与物料接触方式不发生变化。如大量的空气对少量物料进行间歇干燥，可认为空气湿度不变，干燥温度取进、出口平均值。
非恒定干燥（变动干燥）：是指干燥过程中空气的状态是不断变化的。
一、恒定条件下干燥时间的确定
（一）确定干燥曲线
1、干燥速率：是指单位时间内、单位干燥面积上汽化的水分质量，用符号U表示，单位为kg(水)/(m2.s)。则：
X—物料中自由含水量kg水/kg绝干物料
S——干燥面积，m2，既非物料表面积，也非干燥器几何面积；
τ——干燥时间，s；
Gc——绝干物料量，kg。
式中负号表示物料含水量X随时间增加而减少。
2、影响干燥速率的因素
干燥速率——单位干燥面积，单位时间内汽化的水分量。影响因素（P255）：
1. 物料的性质、结构和形状
2.物料含水量
3. 干燥介质的温度和湿度
4. 干燥介质的流速与流向
4. 干燥器的结构型式
干燥速率由实验测定。干燥实验是采用大量空气干燥少量湿物料。因此，空气进出干燥器的状态、流速以及与湿物料的接触方式均可视为恒定，即实验是在恒定的干燥条件下进行的。
由于影响干燥速率的因素错综复杂，难以用明确的数学关系表述。
目前仍通过实验测定物料的干燥速率。并以此指导干燥器的设计。
后面介绍的干燥实验，实际上是一个间歇过程，只是少量的物料与大量的空气相比，可以近似地看作是条件恒定。
3、干燥实验与干燥曲线
物料
砝码
恒定干燥条件下的
间歇干燥实验
W ' — 湿料重；
G ' — 一批干料重
②数据处理
X = W '/G '–1
①数据记录:
1 2 …
序号
项目

W

t tW
非 结 合 水
结 合 水
自 由 水分
平衡水分
干燥曲线
A
B
C
D
Xc
X*
Uc
U
E
干燥速率曲线
B
B
X1
A
A
1
0
0

X~
~

D
D
C
C
E
X*
E
2
干燥速率 单位干燥面积，单位时间内汽化的水分量。
4、干燥过程分析及干燥速率关系式
实验得到的干燥速率曲线分为：预热段、恒速干
燥阶段和降速干燥阶段。由于预热段经过的时间较短并入恒速段。
下面分述两段的工作机理。
Xc
Uc
A
B
C
D
X*
U
E
（二）干燥过程的两个阶段
1. 1、恒速干燥阶段（表面气化控制阶段）:
物料在该段干燥时去除的是非结合水分，表面始终保持着润湿。在恒定的干燥条件下干燥时，物料
表面的温度 = tW (定)，则Hs,tw定。U=UC=物料表面水的汽化速度。
2. 降速干燥阶段 (内部迁移控制阶段)
一般分为: 第一降速阶段和第二降速阶段。
第一降速阶段 当在整个干燥表面积范围内物表的 pe 刚刚 ps时，物料含水量是临界含水量Xc，此时干燥
的部分水分已经是结合水分，致使干燥速率开始下降
(S润湿 < S干燥)，内部水分的迁出速率 Ne也开始 < 表面水分蒸发速率N。
第二降速阶段当物表不存在非结合水分时，水分的汽化表面逐渐地向物料内部迁移，汽化表面与物表间存在一层停止的滞流层，该层的存在加大了传质、传热的难度( 附加阻力 )。以后随着( N – Ne )↑→U↓，当物料水分降至X*时，U = 0
降速干燥的 U 取决于物料本身的性质、结构、形状尺寸、物料的堆放厚度；与干燥介质的状况关系不大。
在降速干燥阶段，由于空气传给湿物料的热量大于水分汽化所需的热量，湿物料温度不断上升，与空气的温度之差逐渐减小，最终接近于空气的温度。
干燥速率曲线由恒速干燥阶段转为降速干燥阶段的转折点（C点）称为临界点，与该点对应的湿物料含水量称为临界含水量（或临界水分），用Xc表示。临界含水量由实验测定。
1. 吸水性物料 XC大于不吸水性物料 XC
2. 物料层越薄、分散越细， XC 越低
3. 恒速干燥 uC 越大， XC 越高。
（三） 恒速阶段的干燥时间τ1
如物料在干燥之前的自由含水量X1大于临界含水量Xc，则干燥必先有一恒速阶段。忽略物料的预热阶段，恒速阶段的干燥时间τ1由积分求出。
因干燥速率NA为一常数
恒速干燥特点：
U＝UC＝const.
物料表面温度为tw
3. 去除的水分为非结合水分
4. 影响 U 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
恒速干燥阶段
前提条件：湿物料表面全部润湿。
二 降速阶段的干燥时间τ2
当XX*）所需时间为τ2
则
得
将 代入 的表达式得
得
降速干燥阶段
实际汽化表面减小
汽化面内移
降速干燥阶段特点：
1.
2. 物料表面温度
3. 除去的水分为非结合、结合水分
4. 影响 u 的因素：
与物料种类、尺寸、形状有关，
与空气状态关系不大。

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