干燥过程的计算内容包括确定干燥操作条件,干燥时间及干燥器尺寸,为此,须求出干燥过程的干燥速率。但由于干燥机理及过程皆很复杂,直至目前,研究得尚不够充分,所以干燥速率的数据多取自实验测定值。为了简化影响因素,测定干燥速率的实验是在恒定条件下进行。如用大量的空气干燥少量的湿物料时可以认为接近于恒定干燥情况。
如图3-70 所示为干燥过程中物料含水量X 与干燥时间τ 的关系曲线,此曲线称为干燥曲线。
图3 -71 所示为物料干燥u 与物料含水量X 关系曲线,称为干燥速率曲线。由干燥速率曲线可以看出,干燥过程分为恒速干燥和降速干燥两个阶段。
( 一) 恒速干燥阶段
此阶段的干燥速率如图3 -70 中BC 段所示。这一阶段中,物料表面充满着非结合水分,其性质与液态纯水相同。在恒定干燥条件下,物料的干燥速率保持恒定,其值不随物料含水量多少而变化。
在恒定干燥阶段中,由于物料内部水分扩散速率大于表面水分汽化速率,空气传给物料的热量等于水分汽化所需的热量。物料表面的温度始终保持为空气的湿球温度,这阶段干燥速率的大小,主要取决于空气的性质,而与湿物料的性质关系很小。
图中AB 段为物料预热段,此段所需时间很短,干燥计算中往往忽略不计。
( 二) 降速干燥阶段
如图3 -71 所示,干燥速率曲线的转折点( C 点) 称为临界点,该点的干燥速率为Uc。仍等于等速阶段的干燥速率,与该点对应的物料含水量,称为临界含水量Xc。当物料的含水量降到临界含水量以下时,物料的干燥速率也逐渐降低。(www.xing528.com)
图3-70 恒定干燥条件下的干燥曲线
图3-71 恒定干燥条件下的干燥速率曲线
图中所示CD 段为第一降速阶段,这是因为物料内部水分扩散到表面的速率已小于表面水分在湿球温度下的汽化速率,这时物料表面不能维持全面湿润而形成“干区”,由于实际汽化面积减小,从而以物料全部外表面积计算的干燥速率下降。
图中DE 段称为第二降速阶段,由于水分的汽化面随着干燥过程的进行逐渐向物料内部移动,从而使热、质传递途径加长,阻力增大,造成干燥速率下降。到达E 点后,物料的含水量已降到平衡含水量X* ( 即平衡水分) ,再继续干燥也不可能降低物料的含水量。
降速干燥阶段的干燥速率主要决定于物料本身的结构、形状和大小等。而与空气的性质关系很小。这时空气传给湿物料的热量大于水分汽化所需的热量,故物料表面的温度不断上升,而最后接近于空气的温度。
想一想 在工业实际生产中,物料会不会被干燥达到平衡含水量后才能出干燥器? 物料干燥后的含水量指标应该怎样确定?
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