什么是恒定干燥

关于干燥速率和干燥时间(一、物料中水份分类 二、恒定干燥条件下的干燥速率 三、恒定干燥条件下干燥时间的计算)

什么是恒定干燥

指干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，都在整个干燥过程中均保持恒定

关于干燥速率和干燥时间

一、物料中水份分类

（—）平衡水分与自由水分

1． 平衡水分

与一定状态的湿空气充分接触后，物料中不能除去的水分称为平衡水分。用表示，

此时干燥过程达到此操作条件下的平衡状态。

＝f（物料性质，空气状态，两者接触状态）。

说明：平衡水分可用平衡曲线描述，由图８－１１可知：

图８－１１ 时某些物料的平衡含水量与空气相对湿度的关系

（１）当空气状态恒定时，不同物料的平衡水分相差很大，同一物料的平衡水分随空气状态而变化；

（２）当＝０时，均为０，说明湿物料只有与绝干空气相接触，才有可能得到绝干物料；

（３）一般近似认为物料的平衡含水量与空气温度无关。

2．自由水分

物料中超过平衡水分的那部分水分称自由水分，这种水分可用干燥操作除去。

（二）结合水与非结合水

1．结合水

与物料结合能力很强的水分，存在于如细胞壁中、微孔中，不易除去。

说明：这种结合能力包括：化学力和物理化学力等强结合力。

2． 非结合水

结合力较弱，包括机械附着于固体表面的水分，这种水分容易由干燥操作除去。

说明：

（１）由于直接测定物料的结合水与非结合水很困难，所以可利用平衡曲线外延至与＝100％线相交而得到的X为结合水量；高于它的部分为非结合水，如图８－１２所示。

（２）由图８－１２可知，非结合水极易除去，而结合水中高于平衡水份的部分也能被除去但很困难。

图８－１２ 固体物料（丝）中所含水分的性质

二、恒定干燥条件下的干燥速率

（一）恒定干燥条件

指干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，都在整个干燥过程中均保持恒定。

这是一种对问题的简化处理方式，可适用于大量空气干燥少量湿物料的情况，空气的定性温度等于进、出口温度平均值。

（二）干燥速率及曲线

１．干燥速率

指单位时间单位干燥面积上汽化的水分量。

即：

（８－３１）

式中 ――干燥速率，又称干燥通量，Kg.(mS)；

――干燥面积，m；

―一批操作中汽化的水分量，Kg；

――干燥时间，S。

又

∴ （８－３２）

式（８－３２）中的负号表示X随干燥时间的增加而减小。

２．干燥速率曲线

干燥过程的计算主要包括确定干燥的操作条件，计算干燥时间和干燥器尺寸，这就必须求得干燥速率，通常是通过实验测得，即将实验数据计算处理后描点绘图，得到干燥速率曲线以供参考。如图８－１３为恒定干燥条件下一种典型的干燥速率曲线。

图８－１３恒定干燥条件下干燥速率曲线

（１）AB是预热段，很快进入BC段――恒速干燥阶段，除去非结合水的阶段，所以速率大且不随X而变化；

（２）但CD和DE段是降速阶段，是除去结合力很强的结合水的过程，所以干燥速率随X减小而迅速下降，情况比较复杂；

（３）最后，U＝０点时，达到该操作条件下的平衡含水量；

（４）C点是临界点，Xc称为临界含水量，Uc称为恒速段干燥速率，若Xc增大，则恒速段变短，不利于干燥操作。

X c＝f (物料性质，尺寸、空气性质及两者接触状况)。

（三）不同干燥阶段机理

1．恒速干燥阶段

特点：

（１）湿物料表面全部被非结合水分所润湿，物料表面的蒸汽压与同温度下水的蒸汽压相等，物料由部分水分传递速率和水分自物料表面汽化速率相当，干燥速率大小取决于物料表面水分汽化速率又称表面汽化控制阶段。

（２）物料表面温度等于该空气的湿球温度，即t w＝t m，恒定干燥条件下进行干燥，则湿物料和空气的传热速率保持不变。即：

（３）当t w一定时，物料表面的湿含量H w为定值，则湿分差保持不变。湿物料和空气的传质速率一定。

即：

＝ (８－３３）

（８－３４）

联立式（８－３３）和（８－３４）得：

（８－３５）

由式（８－３５）可知，干燥速率可根据传热系数或传质系数k H来求取。经验证明温度较易准确测定，因而用传热方程　求干燥速率较为可靠。

２．降速干燥阶段

特点：

（１）物料含水量降至临界含水量X c以后进入降速干燥阶段，水分自物料内部向表面气化速率低于物料表面水分气化速率，因此湿物料表面逐渐变干，气化表面向内移动，温度不断升高，由于物料内部含水量的减少，水分由物料内部向表面传递速率慢慢下降，干燥速率也越来越小。

（２）干燥速率大小主要取决于物料本身的结构，形状和尺寸，而与外部干燥关系不大，此阶段称为物料内部迁移控制阶段。

（３）降速干燥阶段中干燥速率曲线的形状随物料内部结构不同而异。

３．影响恒速干燥速率的因素

（１）空气流速的影响，辐射与传导传热忽略不计。

空气平行流过物料表面时，成正比；

空气垂直流过物料表面时，成正比；

式中 ――指湿气质量流速。

＝。

（２）空气湿度的影响

如空气温度不变，而湿度降低，则t w也降低，因此U c将增大。

（３）空气温度的影响

如空气湿度不变，温度升高，t w也升高，因此U c将增大。

三、恒定干燥条件下干燥时间的计算

（一）恒速阶段干燥时间的计算

（８－３６）

式中 ――恒速阶段的干燥时间，s；

――临界干燥速率，Kg.m.s；

――物料的初始含水量，kg.(kg绝干料)；

――物料的临界含水量，即恒速终了时的含水量，kg.(kg绝干料)；

――单位干燥面积上的绝干物料质量，kg绝干料.m。

又∵

（８－３７）

当缺乏U c数据时，可用式(8－３７)计算。

(二)降速阶段干燥时间的计算

＝－ （８－３８）

式中 —―降速阶段终了时物料的含水量，kg.(kg绝干料)；

――指降速阶段的瞬时干燥速度，Kg.m.S。

（1） 若U与X呈非线性关系，则采用图解积分法求解；

（2）若U与X呈线性关系，即，

则

（８－３９）

又∵代入上式中，

则

（８－４０）

式中 K x――降速阶段干燥速率线的斜率，Kg绝干料.m S。