干燥速率和干燥技术课件.ppt
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- 干燥 速率 技术 课件
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1、1第5章 干燥原理干燥原理干燥静力学干燥速率和干燥过程干燥技术25.3 干燥速率和干燥过程干燥速率和干燥过程5.3.1 恒定干燥条件下的干燥速率恒定干燥条件下的干燥速率5.3.1.1 干燥动力学实验干燥动力学实验恒定干燥条件下物料的干燥曲线恒定干燥条件下物料的干燥曲线干燥条件:恒定干燥 空气各项性质可取进、出口的平均值。 实验中记录每一个时间间隔内物料质量的变化及物料的表面温度,直到湿物料的质量恒定,这时物料中含水量为该条件下的平衡含水量。根据实验数据绘出物料含水量与物料表面温度、干燥时间的关系曲线。 35.3 干燥速率和干燥过程干燥速率和干燥过程5.3.1.2 干燥速率曲线干燥速率曲线恒定干
2、燥条件下的干燥速恒定干燥条件下的干燥速率曲线率曲线物料的干燥速率 :0wdmm dXjFdFd kg/(m2.s) 干燥曲线 干燥速率曲线 干燥过程 预热阶段(AB) 恒速干燥(BC) 降速干燥(CDE) 4(1)恒速干燥阶段)恒速干燥阶段5.3 干燥速率和干燥过程干燥速率和干燥过程分析分析:物料内部的水分能及时扩散到表面,物料整个表面都有充分的非结合水。 对流传热速率: ()wwwwXmqh ttjFd传质速率: ()dwjkdd()()dwwwhjkddtt干燥速率 1) 干燥速率不随物料的含水量改变而变化; 2) 干燥速率由物料表面的水分汽化速率所控制(外扩散控制),干燥速率取决于干燥条
3、件。恒速干燥速率特点特点:55.3 干燥速率和干燥过程干燥速率和干燥过程(2)降速干燥阶段)降速干燥阶段分析:第一降速阶段,物料内部水分向表面扩散的速率已小于物料表面水分的汽化速率,实际汽化面积减小,干燥速率下降。第二降速阶段,水分的汽化面由物料表面移向内部,使传热和传质途径加长,造成干燥速率下降。 1)干燥速率取决于水分在物料内部的扩散(内扩散)速率,与物料本身的结构、形状和尺寸等因素有关,受外部干燥介质的条件影响较小。2)水分迁移形式:主要以液态形式扩散,少量以气态形式扩散。降速干燥特点:水分在多孔物料中的分布水分在多孔物料中的分布 65.3 干燥速率和干燥过程干燥速率和干燥过程(3)临界
4、含水量)临界含水量恒速干燥阶段与降速干燥阶段的分界点称为临界点,相应的物料平均含水量为临界含水量(Xc)。 临界含水量的影响因素:物料的性质、厚度以及恒速阶段干燥速率。 对于粘土制品,在制品水分沿厚度方向按抛物线分布时,临界水分可表示为:ADjXXABmc分析:物料的平均临界含水量Xc总是大于其最大吸湿量Xm,随着物料厚度的增加和干燥速度的提高,Xc值加大;在干燥过程中0和k的增大,则使Xc下降。Xc值越大,干燥中产生的内应力越大。 75.3.2 影响干燥速率的因素影响干燥速率的因素5.3 干燥速率和干燥过程干燥速率和干燥过程5.3.2.1 恒速干燥阶段恒速干燥阶段在恒速干燥阶段,Le=1,N
5、u=Sh,即有a=DDlkhlcpcchahDhk刘伊斯关系式 ()()()dwcwwphjkddkddddC()dwjkdd影响干燥速率的主要因素: 空气流速空气流速 8 . 03 .14 mhm =0.688.14 kg/(m2.s) t = 45150 j8 . 0m 条件:绝热且空气流动方向与物料表面平行8条件:空气垂直穿过物料颗粒堆积层时,设物料颗粒直径为dp,则:5.3 干燥速率和干燥过程干燥速率和干燥过程350,0189. 041. 059. 0mddmhpp350,0118. 041. 049. 0mddmhppj59. 049. 0m 空气中的含湿量 空气温度不变,空气的含湿
6、量降低,传质推动力(dw-d)将增大,干燥速率增加。 空气温度 21112212wwwwttttjj(4) 空气与物料接触方式 物料颗粒悬浮分散在气流,物料的干燥速率较大; 气流掠过物料层表面时,干燥速率较低 ; 气流垂直穿过物料时,干燥速率介于两者之间。 95.3.2.2 降速干燥阶段降速干燥阶段5.3 干燥速率和干燥过程干燥速率和干燥过程水分在物料内部扩散的机制主要有液体扩散理论和毛细管理论。在降速阶段的前期,水分的移动靠毛细管作用力,而在后期,水分移动是以扩散方式进行的。 物料内部的传质采用稳态Fick定律: ABAwDj在非等温度条件下,存在热湿传导,又称为Luikov效应,在不可逆热
7、力学中将这种由温差引起的质量传递现象称为Soret效应。 tsDjttAt0物料中水分在压力梯度作用下所产生的质量扩散通量jAp可表示为:pDjvAp0105.3 干燥速率和干燥过程干燥速率和干燥过程根据物料中各种传递过程的耦合分析有:pDtsDDjjjjvttApAtAwA00对沿X方向上的一维干燥过程,内扩散速率可用下式表示:)()()(00 xpDxtsDxDjvttA对厚度为的平板制品进行两面对称干燥时,湿扩散速率: )(40DxDjA1)热湿扩散中水分扩散与加热强度及加热方式有关。 2)外部加热时,热扩散与质扩散方向相反;内热源加热时,热扩散与质扩散方向相同,这有利于干燥速率的提高。
8、3)湿扩散和热湿扩散中的扩散系数D和Dt的大小与物料的种类、结构、形状、大小等性质有关,可由实验测得。 总结:115.3 干燥速率和干燥过程干燥速率和干燥过程5.3.3 间歇干燥过程的干燥时间计算间歇干燥过程的干燥时间计算5.3.3.1 恒速干燥阶段恒速干燥阶段若物料在干燥前的含水量(X1)大于临界含水量(XC),忽略物料的预热阶段,恒速干燥阶段的干燥时间(1)可通过下式进行计算。cXXAjdXFmd1100AcjXXFm)(101恒速干燥 已知:常压下将干球温度t=30、湿球温度tw=20的空气预热到70后送入间歇式干燥器, 70时,X=0.0105kg/kg干空气。空气以6m/s的速度流过
9、物料表面。干燥单位面积的干物料量为23.5kg/m2,物料的临界含水量 Xc=0.21kg/(kg干料)。求:(1)恒速干燥阶段的干燥速率;(2)将物料含水量从X1=0.45kg/(kg干料)减少到X2=0.24kg/(kg干料)所需要的干燥时间。125.3 干燥速率和干燥过程干燥速率和干燥过程解解:(1) 查附录得 t w=20时,水的汽化潜热 =2453kJ/kg,得 t w=70时,Psv=4.243kPa。w干燥器内湿空气的相对湿度 :湿空气的密度: 湿空气的质量流速: )/(13. 6022. 162smkgum对流换热系数: 6113. 63 .143 .148 . 08 . 0m
10、hW/(m2) 恒速干燥阶段的干燥速率:kg/(m2s)310243. 1)2070(1000245361)(wwAtthj(2)因X2Xc,恒速干燥阶段,干燥时间为 : hsXXFjmA1 . 13970)24. 045. 0(10243. 15 .23)(32101. %( .)( .).swdpd p0 0105 10132539 60 6220 6220 01052337 9./()()swavappkg mR TT31013250 396 42430 0013150 0013151 0222872737027370135.3.3.2 降速干燥阶段降速干燥阶段物料从临界含水量(XC)减
11、少到(X2)所需要的时间2为:2200XXAcjdXFmd202XXcAjdXFm(1)图解积分法 物料在降速干燥阶段,干燥速率与含水量呈非线性变化,采用图解积分法求解2。 图解积分法示意图解积分法示意 (2)近似计算法物料在降速干燥阶段,干燥速率与含水量的变化关系可近似作为线性关系处理: XKjXAcAXXjK恒)(干燥时间:20202ln)(lnXXjFXmXXFKmcAccX恒降速干燥速率曲线处理为直线降速干燥速率曲线处理为直线 5.3 干燥速率和干燥过程干燥速率和干燥过程总的干燥时间为: 2114例:已知物料在恒定空气条件下含水量从0.10kg/(kg干料)干燥至0.04kg/(kg干
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