(3.1.12)--干燥 第5次课 干燥动力学、干燥时间的计算.pdf

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1、传质与分离工程干燥动力学，干燥时间的计算干燥动力学，干燥时间的计算2通过本节的学习，了解干燥的机理；掌握临界含水量及其影响因素；掌握不同干燥阶段干燥速率的影响因素。计算恒定条件下的干燥时间。学习目的与学习目的与要求要求干燥动力学，干燥时间的计算干燥动力学，干燥时间的计算3/92有废气循环的实际干燥过程有废气循环的实际干燥过程 循环废气循环废气 LR,t2=45,H2=?Ql t0=20 t t1 1=90=90 H0=0.008 kg 水水/kg 干气干气 H1 t2=45 H2 QP Qd=40.32kW LLR=L【练习练习1 1】现将例现将例1 1流程改为废气循环流程设计流程改为废气循环

2、流程设计，如图所示如图所示。将出口废气中的将出口废气中的5050%引到新鲜空气处与新鲜空气混合引到新鲜空气处与新鲜空气混合。混合混合气经预热器仍加热至气经预热器仍加热至9090后后，再送入干燥室再送入干燥室，出干燥室的废出干燥室的废气温度仍为气温度仍为4545，干燥室加热量干燥室加热量Q Qd d不变不变，仍为仍为4040.3232kWkW，被被干燥的物料及干燥要求不变干燥的物料及干燥要求不变，热损失仍可取为热损失仍可取为Q Qp p的的5 5%。试计试计算：算：（1 1）画出湿空气状态变化画出湿空气状态变化，并与例并与例1 1对比对比。（2 2）新鲜新鲜空气的用量空气的用量，kg/hkg/h

3、；（3 3）预热器的加热量预热器的加热量Q Qp p，kWkW；（4 4）热效率热效率 L2L第三节第三节 干燥平衡关系与干燥速率干燥平衡关系与干燥速率干燥静力学：物料和热量衡算干燥静力学：物料和热量衡算干燥动力学：干燥平衡关系、干燥速率干燥动力学：干燥平衡关系、干燥速率一、干燥速率一、干燥速率设计需计算干燥器的尺寸及完成一定的任务所需的干燥时间，设计需计算干燥器的尺寸及完成一定的任务所需的干燥时间，这都决定于干燥速率。这都决定于干燥速率。干燥速率，不仅决定于湿物料的性质，而且还决定于干燥介干燥速率，不仅决定于湿物料的性质，而且还决定于干燥介质的条件：包括温度、湿度、速度及流动的状态。质的条件

4、：包括温度、湿度、速度及流动的状态。目前对干燥速率的机理了解得还很不充分，因而在大多数情目前对干燥速率的机理了解得还很不充分，因而在大多数情况下，还必须用实验的方法测定干燥速率况下，还必须用实验的方法测定干燥速率按空气状态参数变化情况：按空气状态参数变化情况：非恒定条件干燥操作非恒定条件干燥操作：沿干燥器的长度和高度，空气的温沿干燥器的长度和高度，空气的温度度，湿度，湿度（连续干燥连续干燥）恒定干燥条件恒定干燥条件：大量空气干燥少量的物料，维持空气速度大量空气干燥少量的物料，维持空气速度以及与物料的接触方式不变以及与物料的接触方式不变（空气的温度和湿度不变，空气的温度和湿度不变，间歇干燥间歇干

5、燥）1 1、干燥速率曲线、干燥速率曲线干燥曲线：由间歇操作实验所得数据，以干燥曲线：由间歇操作实验所得数据，以干基含水量干基含水量X X对对时时间间作图。作图。干燥速率（干燥速率（rate of dryingrate of drying）U U：单位时间单位表面积上汽：单位时间单位表面积上汽化的水分量。化的水分量。SddXGUdXGdWsddWUcc=干燥速率曲线：以干燥速率曲线：以干燥速率干燥速率U U对对干基含水量干基含水量X X作图。作图。干燥速率曲线干燥速率曲线ABAB（或（或A AB B）段：）段：ABAB为湿物料为湿物料不稳定加热过程不稳定加热过程。该。该过程的时间很短过程的时间很

6、短,将其作为恒速干燥的一部分。将其作为恒速干燥的一部分。X X下降，下降，增加，增加，BCBC段：恒速干燥段：恒速干燥物料表面充满着非结合水分，与液态纯水相同。物料表面充满着非结合水分，与液态纯水相同。物料内部水分扩散速率物料内部水分扩散速率 表面水分汽化速率，属于表面水分汽化速率，属于表面汽化控制阶段表面汽化控制阶段。干燥速率保持恒定。干燥速率保持恒定空气传给物料的热量水分汽化所需的热量。空气传给物料的热量水分汽化所需的热量。湿物料湿物料 空气的湿球温度空气的湿球温度t tw w；物料表面气膜的空气温度为物料表面气膜的空气温度为t tw w，饱和湿度饱和湿度HwHw；2.影响影响恒速干燥阶段

7、的因素恒速干燥阶段的因素干燥速度主要决定于干燥速度主要决定于干燥介质的性质干燥介质的性质和和空气与湿物料的接触空气与湿物料的接触方式方式。而与湿物料的性质关系很小。而与湿物料的性质关系很小空气空气H t,H t,UcUc()()()()垂直气速平行气速垂直气速平行气速37.08.0VUcVUcCDECDE段降速段段降速段C C点临界点，点临界点，干燥速率干燥速率UcUc=恒速阶段的干燥速率，恒速阶段的干燥速率，临界含水量临界含水量X XC C。XX水分汽化所需的热量，故物料表面的水分汽化所需的热量，故物料表面的温度不断上升，最后接近于空气的温度。温度不断上升，最后接近于空气的温度。物料内部水分

8、扩散速率物料内部水分扩散速率 多孔材料多孔材料X XC C厚度增加厚度增加X XC C分散越细分散越细,干燥面积干燥面积X XC C恒速段干燥速率恒速段干燥速率X XC C临界含水量临界含水量=f=f(物料的性质、厚度、干燥速率、干燥器物料的性质、厚度、干燥速率、干燥器的种类、干燥操作条件的种类、干燥操作条件）生产中为保证产品质量生产中为保证产品质量,降低降低X XC C措施措施:减小物料的厚度减小物料的厚度加强搅拌加强搅拌,增大干燥面积增大干燥面积使用流化床设备使用流化床设备当当XX临界含水量临界含水量XcXc，属于，属于表面汽化控制阶段表面汽化控制阶段，亦即等速干，亦即等速干燥阶段；燥阶段

9、；当当XX临界含水量临界含水量XcXc，属于，属于内部扩散控制阶段内部扩散控制阶段，即降速阶段；，即降速阶段；当达到平衡含水量当达到平衡含水量X X*，U=0U=0。在工业生产中，物料不会被干燥到平衡含水量，而是在临在工业生产中，物料不会被干燥到平衡含水量，而是在临界含水量和平衡含水量之间，这需视产品要求和经济核算界含水量和平衡含水量之间，这需视产品要求和经济核算而定而定。为什么临界含水量为什么临界含水量XcXc的确定对于如何强化具体的干燥过程的确定对于如何强化具体的干燥过程具有重要的意义？下列两种情况下具有重要的意义？下列两种情况下XcXc值将会变大还是变小？值将会变大还是变小？（1 1）提

10、高干燥时气流速度而使恒速阶段的干燥速率增大时；）提高干燥时气流速度而使恒速阶段的干燥速率增大时；（2 2）物料的厚度减小时。）物料的厚度减小时。试从干燥机理加以分析。试从干燥机理加以分析。思考题思考题参考答案参考答案1 1）恒速阶段速率越大，越早进入降速段，）恒速阶段速率越大，越早进入降速段，XcXc越大。越大。2 2）物料厚度越小，）物料厚度越小，XcXc越小。越小。二、恒定二、恒定干燥条件下的干燥时间干燥条件下的干燥时间恒定干燥条件：即恒定干燥条件：即干燥介质的温度、湿度、流速及与物料干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，的接触方式，在整个干燥过程中均保持恒定。在整个干燥过程中均保

11、持恒定。降速段恒速段+=X X21()cccXXccccccXXSUGdXSUGdSUdXGdSddXGUc=110111.1.恒速干燥阶段恒速干燥阶段（由（由X X1 1降至临界含水量降至临界含水量XcXc所需时间）所需时间）设恒速段的干燥速率为设恒速段的干燥速率为U UC C恒速段恒速段,=tw,Hw为定值。为定值。按传质或传热速率式估算按传质或传热速率式估算UC()()()()()wtwwHwtcwtwwHCwHttrHHkSdrdQSddWUdWrdQttSddQHHkSddWUSHHkN=:水分汽化潜热空气传递的显热传热速率传质速率 积分法积分法 近似计算近似计算=c2XXc2UdX

12、SG()*0UXXkUkXXUXXXUxxcc=线性关系2.降速降速段段:从临界含水量从临界含水量XcXc降至降至X X2 2所需干燥时间所需干燥时间简化：简化：当当近似地以临界近似地以临界C C点与平衡水量点与平衡水量E E点的联线替代降速段点的联线替代降速段曲线时，则曲线时，则U U与与X X2 2-Xc Xc 成正比。成正比。*2*2*lnXXXXUXXSGXXUkccccccX=推导出：推导出：在常压绝热干燥器内干燥某湿物料在常压绝热干燥器内干燥某湿物料，湿物料的流量为湿物料的流量为600kg/h，从含水量从含水量20干燥至干燥至2（均为湿基含水均为湿基含水量量）。温度为温度为20，湿

13、度为湿度为0.013kg水水/kg绝干气的新绝干气的新鲜空气经预热器升温至鲜空气经预热器升温至100后进入干燥器后进入干燥器，空气出空气出干燥器的温度为干燥器的温度为60。（1）完成上述任务需要多少完成上述任务需要多少m3新鲜空气新鲜空气/h？（2）空气经预热器获得了多少热量空气经预热器获得了多少热量？（3）恒定干燥条件下对该物料测得干燥速率曲线如恒定干燥条件下对该物料测得干燥速率曲线如图所示图所示，已知恒速干燥段时间为已知恒速干燥段时间为1小时小时，求降速阶段求降速阶段所用的时间所用的时间。0.01 0.10 0.25X,kg水水/kg绝干物料绝干物料干干燥燥速速率率，U U解：解：（1）G

14、c=600(1-1)=480kg/hW=Gc(X1-X2)=480(0.25-0.0204)=110.2kg/hI1=(1.01+1.88H1)t1+2490H1=135.8因为等焓干燥因为等焓干燥I2=(1.01+1.88H2)t2+2490H2=I1H20.02889L=w/(H2-H1)=6935kg干气干气/hVLvH=5867m3原湿空气原湿空气25.011X110204.01X222干气干气kg/m846.0273273t)H244.1772.0(v300H=+=+=（2 2）预热器提供的热量）预热器提供的热量Qp=L(I1-I0)=L(1.01+1.88H0)(t1-t0)=573907kJ/h(3)(3)恒速恒速段时间段时间GcGc/SUcSUc=6.667=6.667降速段时间降速段时间1)XX(SUcGcC11=h295.1*XX*XXclnSUc*)XXcGc22=（=（