固体物料干燥——干燥速率
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干燥实验报告
化工基础实验报告实验名称 风道干燥实验；红外干燥实验 班级 化21 姓名 张腾 学号 2012011864 成绩 实验时间 2014年7月 同组成员 张煜林 石坚一、实验目的1、了解各种干燥器的结构特点，熟悉其操作方法。
2、测定两种干燥方式下，物料的干燥曲线、干燥速度曲线级临界含水量。
3、了解影响物料干燥速度的因素，改变某些因素，比较干燥速度的变化。
4、测定恒速干燥阶段，物料与空气之间的对流传热系数，估算恒速阶段的干燥速率，与实测值比较。
二、实验原理干燥速度：单位时间内，单位干燥面积上汽化的水分质量，即dWU Sdt=U ——干燥速度，kg 水/（m2*s ） S ——干燥面积，m2 W ——汽化的水分质量,kg t ——时间,s因为 'c dW G dX =-所以 'c G dXU Sdt-=Gc ——绝干物料的质量,kgX ——干基含水量，以绝干物料为基准表示的含水量。
干燥曲线是表示物料含水量（kg 水/kg 干物料）与干燥时间t 的关系曲线。
干燥速度曲线是干燥速度与物料含水量的关系曲线。
本实验采取在恒定干燥条件下，采用大量空气干燥少量物料，保证空气进出干燥器的状态、气速和空气的流动方式均不变。
对流干燥是由热干燥介质将热能传给湿物料，使物料内部水分汽化的过程。
红外线和远红外线干燥器是利用辐射传热干燥的一种方法。
红外线或远红外线辐射器所产生的电磁波，以光的速度直线传播到达被干燥的物料，当红外线或远红外线的发射频率和被干燥物料中分子运动的固有频率（也即红外线或远红外线的发射波长和被干燥物料的吸收波长）相匹配时，引起物料中的分子强烈振动，在物料的内部发生激烈摩擦产生热而达到干燥的目的。
在红外线或远红外线干燥中，由于被干燥的物料中表面水分不断蒸发吸热，使物料表面温度降低，造成物料内部温度比表面温度高，这样使物料的热扩散方向是由内往外的。
同时，由于物料内存在水分梯度而引起水分移动，总是由水分较多的内部向水分含量较小的外部进行湿扩散。
干燥曲线和干燥速率曲线
干燥曲线和干燥速率曲线干燥曲线和干燥速率曲线随着科技的进步和工业的发展，人们对于干燥过程的需求逐渐增加。
而干燥曲线和干燥速率曲线则是研究干燥过程中不可或缺的一部分。
本文将会对这两个概念做详细的解释，并介绍它们的实际应用。
一、什么是干燥曲线？干燥曲线显示了物质在干燥过程中的水分含量变化。
通俗一点的说，就是水分含量随着时间而变化的曲线。
通常，干燥曲线分为三个阶段：加速干燥期、减速干燥期和恒速干燥期。
加速干燥期：在这个阶段，物质内部的水份通过表面蒸发逐渐排出，水分含量下降的速度逐渐加快。
减速干燥期：水分含量下降得更加缓慢，这是由于物质内部水分贡献逐渐降低。
恒速干燥期：水份的蒸发速率和内部扩散速率平衡，此时干燥曲线成为一条平直的水平线。
二、什么是干燥速率曲线？干燥速率曲线显示了在干燥过程中单位时间内去除的水分量。
干燥速率是物质在干燥过程中失去水分的速度。
它通常在水分含量的平衡点的基础上，研究其减少的速率。
干燥速率的曲线和干燥曲线类似，也包括加速干燥期、减速干燥期和恒速干燥期，但是它们之间也存在一些差异，干燥速率曲线比干燥曲线更加具体和精细。
三、干燥曲线和干燥速率曲线的实际应用干燥曲线和干燥速率曲线在工业生产中有着广泛的应用。
例如，干燥曲线可用于测定物料干燥时间和干燥设备的加热功率等参数的计算。
当然，也可以根据物料的干燥曲线，调整干燥时间和干燥温度来提高干燥的效率。
干燥速率曲线则可以用于确定干燥设备的流量和气体温度等参数。
此外，还可以根据干燥速率曲线来调整干燥设备中的湿度和温度等参数，以达到更好的干燥效果。
综上所述，干燥曲线和干燥速率曲线在物质的干燥过程中扮演着重要的角色。
而这些曲线对于工业生产中的物料干燥以及干燥设备的设计与运行都具有不可或缺的作用。
干燥曲线与干燥速率曲线的测定
干燥曲线与干燥速率曲线的测定一、实验目的及任务1、了解洞道式干燥装置的基本结构、工艺流程和操作方法。
2、学习测定物料在守恒干燥条件下干燥特性的试验方法。
3、掌握根据实验干燥曲线求取干燥速率曲线以及恒速阶段干燥速率、临界水含量、平衡含水量的实验分析方法4、学习恒速干燥阶段干燥条件对于干燥过程特性的影响；加加深对物料临界含水量Xc的概念及其影响因素的理解。
5、学习恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数的测定方法。
6、学习用误差分析方法对实验结果进行误差估算。
二、基本原理当湿物料与干燥介质接触时，物料表面的水分开始气化，并向周围介质传递。
根据干燥过程中不同期间的特点，干燥过程可以分为两个阶段。
第一阶段为恒速干燥阶段。
干燥速率为物料表面上的水分的汽化速率控制，故此阶段也称为表面汽化控制阶段。
在此阶段，干燥介质传给物料的热量全用于水分的汽化，物料表面的温度也保持恒定，物料表面的水蒸气分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。
第二阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。
此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的汽化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。
故此阶段也称内部迁移控制阶段。
随物料湿含量减少，物料内部的水分的迁移速率也逐渐减少，故干燥速率不断下降。
恒速段干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：固体物料种类及性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间相对运动方式。
本实验恒定干燥条件下对工业呢物料进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速干燥段速率和临界含水量的测定方法和影响因素。
1、干燥速率的测定U=dW/(Adτ)≈ΔW/(AΔτ)2、物料干基含水量X=(G- G c)/G c3、恒速干燥阶段，物体表面与空气之间的对流传热系数的测定U c= dW/(Adτ)=dQ/(r tw Adτ)= α(t-t w)/ r tw α= U c·r tw/(t-t w)4、干燥器内空气实际体积流量的计算V to=C0×A0× 2×ΔP/ρA=π·d2/4三、实验装置与流程1、实验装置C01、风机E01、加热器M01、洞道干燥器V01、蓄水瓶洞道干燥实验流程示意图2、装置流程将润湿的工业呢，悬挂于干燥室内的料盘，干燥室其侧面与底面均外包绝热材料，防止导热影响。
干燥速率的单位
干燥速率的单位干燥速率是干燥过程中的一个重要参数，通常用来描述物质在固体表面或液膜表面上蒸发率的量度。
干燥速率的单位通常是时间/质量，比如kg/s或g/min等。
在实际的生产和科研中，我们经常需要对不同物质的干燥速率进行研究和比较，以便制定出更有效的干燥工艺参数。
干燥速率的单位反映了物质在单位时间内失去的水分或溶剂的质量，这对于控制干燥过程的效率和质量至关重要。
在实际应用中，我们通常会对不同的物质进行干燥速率的测试，以了解不同物质在不同条件下的干燥性能。
通过建立物质的干燥速率模型，可以更好地控制干燥过程，提高生产效率和产品质量。
干燥速率的单位还可以用于评估干燥设备的性能，比如烘干机、干燥室等。
通过测量不同干燥设备下的干燥速率，可以比较它们的干燥效率和能耗，从而选择最适合自己需求的设备。
同时，干燥速率的单位也可以作为评价干燥工艺优化效果的指标，通过改变干燥条件和参数，来提高干燥速率，减少能耗和材料损失。
实际上，干燥速率的单位不仅仅局限于时间/质量，还可以根据具体情况来选择其他适合的单位，比如时间/表面积等。
而不同单位的选择将直接影响到干燥速率的计算和比较，因此在实际工作中需要根据具体情况来选择合适的单位。
同时，干燥速率的单位也可以用于研究物质的干燥机制和影响因素，为进一步优化干燥工艺提供参考。
让我们总结一下本文的重点，我们可以发现，干燥速率的单位是评价干燥工艺效果和设备性能的重要指标，通过对干燥速率的研究和比较，可以更好地了解干燥过程，提高生产效率和产品质量。
未来，在干燥技术领域的发展中，我们需要更深入地研究干燥速率的单位，探索更多的干燥速率模型和计算方法，为干燥工艺的优化和改进提供更多的理论支持。
固体干燥3-干燥速率与干燥过程计算
• 非等焓干燥过程 • 实际干燥过程：
ìDq > 0
îíQ损 > 0
Þ G2 (cpm1q2 - cpm2q1 ) > 0
• a、则I2<I1 • 如BD线
• 若t2不变 • HD<HC • ÞV增多
• b、若Q补>0 • 则I2>I1, 如BE线 • 若t2不变 • HE>HCÞV减少 • 求解
的） • H1 = H0 • Q损可求取，一般 Q损= 5～10%Q
• q2：实验或经验确定
• t1：选定
ì选择：t 2或j 2
求解V和Q补
Þ
ïí* 选择：Q补（Q补
=
0）或（H
2、j
2、t
）中的一个
2
ïî须对干燥过程进行简化 ，因空气出口状态不确 定）
求解V和（H
2、j
2、t
）中的另一个
2
（1）理想干燥器 （理想干燥过程，绝热干燥过程）
NA
= - GC dX
A × dt
=
KX( X
- X*)
ò ò •
•
其中：KX为系数，即CE直线的斜率 积分上式， t2 dt = GC XC dX
KX
=
(NA )恒 XC - X *
0
AK X X2 X - X *
t2
=
GC ( X - X *) A（N A）恒
ln
XC X2
-
X X
* *
三、连续干燥过程的数学描述
• b、废气带走的热量：V×I2 • c、干燥器的热损失：Q损
（3）干燥器内总热量衡算式
VI1 + GCcpm1q1 + Q补 = VI2 + GCcpm2q2 + Q损 Þ Q补 = V（I2 - I1）+ GCcp（m q2 - q1）+ Q损
干燥速率与干燥过程计算
14.3干燥速率与干燥过程计算 14.3.1物料在定态空气条件下的干燥速率（1 ）干燥动力学实验b 干媒遵率曲线圈14 12恒定空气条件下的干煥试验物料的干燥速率即水分汽化速率N A 可用单位时间、单位面积（气固接触界面）被汽化的水量表示,刖 G c dX 即N A —Ad式中 G c ――试样中绝对干燥物料的质量，A ――试样暴露于气流中的表面积， X ――物料的自由含水量， X干燥曲线或干燥速率曲线是恒定的空气条件（指一定的速率、温度、湿度）下获得的。
对指定的物 料，空气的温度、湿度不同，速率曲线的位置也不同，如图 14-13所示闺1 ； t "怖饭束的f 噪球率Hit 録（2） 恒速干燥阶段BC （3） 降速干燥阶段CD在降速阶段干燥速率的变化规律与物料性质及其内部结构有关。
降速的原因大致有如下四个。
X tkg ； m 2；X ， kg 水/kg 干料。
时闻r(-rr E ・Jf )<N霍袒養一一X —①实际汽化表面减少；②汽化面的内移；③平衡蒸汽压下降；④固体内部水分的扩散极慢。
（4）临界含水量固体物料在恒速干燥终了时的含水量为临界含水量，而从中扣除平衡含水量后则称临界自由含水量X C （5）干燥操作对物料性状的影响1432间歇干燥过程的计算14.3.2.1恒速阶段的干燥时间i如物料在干燥之前的自由含水量阶段，恒速阶段的干燥时间1由N A X1大于临界含水量则干燥必先有一恒速阶段。
忽略物料的预热G c dX积分求出。
Ad1dG cAXC dXX1N A因干燥速率N A为一常数,G c1A 速率N A由实验决定，也可按传质或传热速率式估算，即X c N AN A S(H w H) —(t t w)「wH w为湿球温度t w下的气体的饱和湿度。
传质系数k H的测量技术不如给热系数测量那样成熟与准确，在干燥计算中常用经验的给热系数进行计算。
气流与物料的接触方式对给热系数影响很大，以下是几种典型接触方式的给热系数经验式。
干燥速率与干燥过程计算
式中 ——气体与颗粒的相对运动速度；
、 、 ——气体的密度、粘度和普朗特数。
14.3.2.2降速阶段的干燥时间
当 时， ↓， ↓，此阶段称为降速干燥阶段，物料从 减至 （ ）所需时间 为
若有 的干燥数据可用数值积分法或图解积分法求 ，或假定在降速段 与物料的自由含水量 成正比，即采用临界点C与平衡水分点E所连结的直线CE（图中红色虚线）来代替降速段干燥速率曲线CDE，即 ，式中 ——比例系数，kg/（m2·s· ），即CE直线斜率，
kW/m2·℃
式中 为气体的质量流速，kg/（m2·s）。
上式的试验条件为 kg/（m2·s），气温 ℃。
（2）空气自上而下或自下而上穿过颗粒堆积层（图14-16b）
式中 ——气体质量流速，kg/（m2·s）；
——具有与实际颗粒相同表面的球的直径，m；
——气体粘度，Pa·s。
（3）单一球形颗粒悬浮于气流中（图14-16c）
∵ ；∴
当物料干燥至 ，干燥仍由恒速和降速两阶段组成，由于干燥操作条件不变，即 值不变，所以干燥时间 为：
（2）由（1）小题可知，物料干燥至 时，所需干燥时间大于2.5h，为缩短干燥时间，可以提高湿空气的温度；因为湿空气温度提高， 、 、 等其他条件不变，那么影响干燥时间的参数只有
∵ 其中
从上式可以看出，干燥介质温度提高，使得干燥速率提高从而缩短干燥时间；
干燥过程是气、固两相的热、质同时传递过程，所以对过程设备进行数学描述时，必须列出物料衡算式、热量衡算式、气固相际传热及传质速率方程式，气固相界面参数还与物料内部的导热和扩散情况有关，其确定将变得十分复杂。固此还必须同时列出物料内部的传热、传质速率方程式。物料内部的传热、传质与物料的内部结构、水分与固体的结合方式、物料层得厚度等众多因素有关，要定量地写出这两个特征方程式是非常困难的。干燥问题之所以至今得不到较圆满的解决，原因之一就在于物料内部的传递过程难以弄清。
、 、 ——气体的密度、粘度和普朗特数。
14.3.2.2降速阶段的干燥时间
当 时， ↓， ↓，此阶段称为降速干燥阶段，物料从 减至 （ ）所需时间 为
若有 的干燥数据可用数值积分法或图解积分法求 ，或假定在降速段 与物料的自由含水量 成正比，即采用临界点C与平衡水分点E所连结的直线CE（图中红色虚线）来代替降速段干燥速率曲线CDE，即 ，式中 ——比例系数，kg/（m2·s· ），即CE直线斜率，
kW/m2·℃
式中 为气体的质量流速，kg/（m2·s）。
上式的试验条件为 kg/（m2·s），气温 ℃。
（2）空气自上而下或自下而上穿过颗粒堆积层（图14-16b）
式中 ——气体质量流速，kg/（m2·s）；
——具有与实际颗粒相同表面的球的直径，m；
——气体粘度，Pa·s。
（3）单一球形颗粒悬浮于气流中（图14-16c）
∵ ；∴
当物料干燥至 ，干燥仍由恒速和降速两阶段组成，由于干燥操作条件不变，即 值不变，所以干燥时间 为：
（2）由（1）小题可知，物料干燥至 时，所需干燥时间大于2.5h，为缩短干燥时间，可以提高湿空气的温度；因为湿空气温度提高， 、 、 等其他条件不变，那么影响干燥时间的参数只有
∵ 其中
从上式可以看出，干燥介质温度提高，使得干燥速率提高从而缩短干燥时间；
干燥过程是气、固两相的热、质同时传递过程，所以对过程设备进行数学描述时，必须列出物料衡算式、热量衡算式、气固相际传热及传质速率方程式，气固相界面参数还与物料内部的导热和扩散情况有关，其确定将变得十分复杂。固此还必须同时列出物料内部的传热、传质速率方程式。物料内部的传热、传质与物料的内部结构、水分与固体的结合方式、物料层得厚度等众多因素有关，要定量地写出这两个特征方程式是非常困难的。干燥问题之所以至今得不到较圆满的解决，原因之一就在于物料内部的传递过程难以弄清。
化工原理实验——干燥曲线及干燥速率曲线测定实验
实验十干燥曲线及干燥速率曲线测定实验一、实验装置干燥器类型：洞道；洞道截面积：1# A=× = 0.0221m2、2# A=× = 0.030m2加热功率：500w—1500w；空气流量：1-5m3/min；干燥温度：40--120℃孔板流量计：孔流系数C0=，孔板孔径d0=( m)重量传感器显示仪：量程（0-200g），精度级；干球温度计、湿球温度计显示仪：量程（0-150℃），精度级；孔板流量计处温度计显示仪：量程（-50-150℃），精度级；孔板流量计压差变送器和显示仪：量程（0-10KPa），精度级；图10-1 洞道干燥实验流程示意图1.中压风机；2.孔板流量计；3. 空气进口温度计；4.重量传感器；5.被干燥物料；6.加热器；7.干球温度计；8.湿球温度计；9.洞道干燥器；10.废气排出阀；11.废气循环阀；12.新鲜空气进气阀；13.干球温度显示控制仪表；14.湿球温度显示仪表； 15.进口温度显示仪表；16.流量压差显示仪表；17.重量显示仪表；18.压力变送器。
二、物料物料：毛毡；干燥面积：S=**2=(m2)（以实验室现场提供为准）。
绝干物料量(g)：1# G C=，2# G C=（以实验室现场提供为准）。
三、操作方法⒈ 将干燥物料（毛粘）放入水中浸湿，向湿球温度计的附加蓄水池内补充适量的水， 使池内水面上升至适当位置。
⒉ 调节送风机吸入口的蝶阀12到全开的位置后，按下电源的绿色按钮，再按风机按钮，启动风机。
⒊ 用废气排出阀10和废气循环阀11调节到指定的流量后，开启加热电源。
在智能仪表中设定干球温度，仪表自动调节到指定的温度。
干球温度设定方法：第一套：长按——增大，设定好数值后，按键确定。
第二套：/减小，设定好后，自动确认。
⒋ 干燥器的流量和干球温度恒定达5分钟之后，既可开始实验。
此时，读取数字显示仪的读数作为试样支撑架的重量。
⒌ 将被干燥物料（毛粘）从水中取出，控去浮挂在其表面上的水分（最好挤去所含的水分，以免干燥时间过长），将支架从干燥器内取出，将被干燥物料夹好。
干燥速度和干燥时间
结合水分：与物料之间有物理化学作用，因而产生的蒸汽压 低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。 包括溶涨水分和小毛细管中的水分 。难于除去
非结合水分 ：机械地附着在物料表面， 产生的蒸汽压与纯 水无异。 包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。 容易除去。
平衡水分一定是结合水分； 自由水分包括了全部非结合水分和一部分结合水分。
2024/7/23
G kH AH H
汽化所需热量 Q kH AH H r
U C
Q Ar
t
r
t
k
H
H
H
1
GC X1 X 2 r At t
GC X1 X 2 AkH H H
3）影响恒速干燥的因素
•空气流速的影响
•空气湿度的影响
•空气温度的影响
2024/7/23
2、降速干燥时间的计算
2
Gc A
X1
X2
dX U
不论干燥曲线如何，都可用图解积分法
当干燥曲线为直线或近似直线时
U kX X X
kX
UC 0 X X
2024/7/23
2024/7/23
UC
GC A
dX
d
d GC dX AkX X X
2
GC A
X2
XC
kX
dX X X
GC Ak X
X2
U GC dX
Ad
ABC段表示干燥第一阶段，BC段为恒速干燥阶段， AB段为物料的预热阶段，但此段所需的时间很短，一般并 入BC段内考虑 。
CDE段为第二阶段，在此阶段内干燥速率随物料含水量 的减小而降低，称为降速干燥阶段。
两个干燥阶段之间的交点称为临界点。与该点对应的物 料含水量称为临界含水XC。
非结合水分 ：机械地附着在物料表面， 产生的蒸汽压与纯 水无异。 包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。 容易除去。
平衡水分一定是结合水分； 自由水分包括了全部非结合水分和一部分结合水分。
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G kH AH H
汽化所需热量 Q kH AH H r
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GC X1 X 2 r At t
GC X1 X 2 AkH H H
3）影响恒速干燥的因素
•空气流速的影响
•空气湿度的影响
•空气温度的影响
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2、降速干燥时间的计算
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Gc A
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不论干燥曲线如何，都可用图解积分法
当干燥曲线为直线或近似直线时
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ABC段表示干燥第一阶段，BC段为恒速干燥阶段， AB段为物料的预热阶段，但此段所需的时间很短，一般并 入BC段内考虑 。
CDE段为第二阶段，在此阶段内干燥速率随物料含水量 的减小而降低，称为降速干燥阶段。
两个干燥阶段之间的交点称为临界点。与该点对应的物 料含水量称为临界含水XC。
实验七 干燥曲线及干燥速率曲线测定实验
实验七 干燥曲线及干燥速率曲线测定实验一、实验目的⒈了解干燥设备的基本构造与工作原理， 掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。
⒉ 学习物料含水量的测定方法。
⒊ 加深对物料临界含水量Xc的概念及其影响因素的理解。
⒋ 学习恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数的测定方法。
二、实验内容⒈ 在空气流量和温度不变的条件下，测量物料干燥曲线、干燥速率曲线和临界含水量。
⒉ 测定恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数。
三、实验原理对于一定的湿物料,在一定的干燥条件下（温度、湿度、风速、接触方式）与干燥介质 相接触时，物料表面的水分开始气化，并向周围介质传递。
干燥过程可分为两个阶段。
第一个阶段为恒速干燥阶段。
在过程开始时，由于整个物料的湿含量较大，其内部的水 分能迅速地达到物料表面。
因此，干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制，故此阶段 亦称为表面气化控制阶段。
在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料 表面的温度维持恒定（等于热空气湿球温度），物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定，故干 燥速率恒定不变。
第二个阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。
此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速 率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。
故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。
随 着物料湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减少，故干燥速率不断下降。
影响恒速阶段干燥速率和临界含水量的主要因素有：固体物料的种类和性质；固体物料 层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。
恒速阶段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。
本实验在 恒定干燥条件下对毛粘物料进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速段干 燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。
四、实验装置干燥器类型：洞道；洞道截面积：1 # A=0.13×0.17 = 0.0221m 2 、2 # A=0.15×0.20 = 0.030m 2加热功率：500w—1500w； 空气流量：1-5m 3 /min； 干燥温度：40-120℃。
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2.平衡水分和自由水分
一定干燥条件下，按能否除去，分为平衡水分与自由水分。 平衡水分：低于平衡含水量 X* 的水分，是不可除水分。 自由水分：高于平衡含水量 X* 的水分，是可除水分。
干燥过程：当湿物料与不饱 和空气接触时，X 向 X* 接近， 干燥过程的极限为 X*。物料 的 X* 与湿空气的状态有关， 空气的温度和湿度不同，物 料的 X* 不同。欲使物料减湿 至绝干，必须与绝干气体接 触。
由于物料预热段很短，通常将其 并入恒速干燥段； 以临界湿含量 Xc 为界，可将干 燥过程只分为恒速干燥和降速干 燥两个阶段。
设物料的初始湿含量为 X1 ，产 品湿含量为 X2： 当 X1＞Xc 和 X2＜Xc 时，干燥有 两个阶段； 当 X1＜Xc ， X2＞Xc 时，干燥都 只有一个阶段，即恒速干燥段。
干燥任务四
干燥动力学
1．明确结合水分与非结合水分， 平衡水分和自由水分概念； 2.用干燥曲线和干燥速率曲线指导 干燥实践； 3.比较常见固体材料临界含水量。
第二节干燥相平衡关系及干燥速率 湿物料水分含量的表示方法 湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。 湿基含水量 w：水分在湿物料中的质量百分数。
临界湿含量（Critical moisture content）
Xc 决定两干燥段的相对长短，是确定干燥时间和干燥器尺寸的基础数 据，对制定干燥方案和优化干燥过程十分重要。
物 品种 粘土 料 厚度mm 6.4 速度m/s 1.0 空气条件 温度℃ 37 相对湿度% 0.10 临界湿含量 kg水/ kg干料 0.11
干燥曲线和干燥速率曲线 干燥曲线：物料含水量 X 与干燥时间 的关系曲线。 预热段(Pre-heat period)： B A 预热段 初始含水量 X1 和温度 t1 变 为 X 和 tw。物料吸热升温 C 降速段 以提高汽化速率，但湿含 Xc D 恒速段 量变化不大。 恒速干燥段 D (Constant-rate period)： tw 物料温度恒定在 tw ， X~ C B A 变化呈直线关系，气体传 给物料的热量全部用于湿 干燥时间 份汽化。
不同物料的干燥机理不同，湿份内扩散机理不同，干燥 速率曲线的形状不同，情况非常复杂，故干燥曲线应由 实验的方法测定。
干燥速率的定义
干燥速率：单位时间内、单位干燥面积上气化的水
分质量。
U：干燥速率kg/(m2· s)； W1：一批操作中气化的水分量，kg；
S：干燥面积，m2
：干燥时间，s。
干燥曲线和干燥速率曲线 干燥速率曲线：干燥速率 U 或干燥速度 N 与湿含量 X 的 关系曲线。干燥过程的特征在干燥速率曲线上更为直观。
一般物料的吸湿性 都介于二者之间。
对流干燥的基本规律 干燥曲线和干燥速率曲线 Drying curve and drying-rate curve 对一定干燥任务，干燥器尺寸取决于干燥时间和干燥速 率。 由于干燥过程的复杂性，通常干燥速率不是根据理论进 行计算，而是通过实验测定的。
为了简化影响因素，干燥实验都是在恒定干燥条件下进 行的，即在一定的气－固接触方式下，固定空气的温度、 湿度和流过物料表面的速度进行实验。 为保证恒定干燥条件，采用大量空气干燥少量物料，以 使空气的温度、湿度和流速在干燥器中恒定不变。实验 为间歇操作，物料的温度和含水量随时间连续变化。
w 水分质量 100% 物料总质量
干基含水量 X：湿物料中的水分与绝干物料的质量比。
水分质量 X 纯干物料总质量
换算关系：
w
X 1 X
w X 1 w
工业生产中，物料湿含量通常以湿基含水量表示，但由 于物料的总质量在干燥过程中不断减少，而绝干物料的 质量不变，故在干燥计算中以干基含水量表示较为方便。
2 Gc
o X2
dX X2 U
Xc
Xc X
降速干燥段的干燥时间
(2) 解析法
当降速段的U ~ X 呈线性变化 时，可采用解析法。 降速段干燥速率曲线可表示为
U XX Uc X c X
G 2 c S
Xc
干燥速率 U
Uc U D X*
C
B A
X X U Uc Xc X
X
X Xc 湿含量 X
Gc ( X c X ) X c X dX Gc ( X c X ) c dX X 2 U U c S X X X U c S ln X 2 X 2
当缺乏平衡水分的实验数据时， Gc ( X c X ) ln X c 2 UcS X2 可以假设 X* = 0，则有
干燥时间为：τ = τ1 + τ2
2.干燥过程的物料衡算和热量衡算 物料衡算（Mass balance） 水分蒸发量：
湿废气体 L , H2 湿物料 G1 , w1
W G1 G2 Gc ( X1 X 2 ) L( H 2 H1 )
干燥产品 G2 , w2 G1 — 湿物料进口的质量流率，kg/s； G2 — 产品出口的质量流率，kg/s； Gc — 绝干物料的质量流率，kg/s； w1 — 物料的初始湿含量； w2 — 产品湿含量； L — 绝干气体的质量流率，kg/s； H1 — 气体进干燥器时的湿度； H2 — 气体离开干燥器时的湿度； W —单位时间内汽化的水分量，kg/s。
物料的吸湿性 物料湿含量的平衡曲线有两种极端情况。 强吸湿性物料：与水分的结合力很强，平衡线只是渐近 地与 = 100% 接近，平衡湿含量很大。如某些生物材料。 非吸湿性物料：与水结合力很弱，平衡线与纵坐标基本 重合， X*=Xh0 ，如某些不溶于水的无机盐 ( 碳酸盐、硅 酸盐)等。
1.0
0.8 相对湿度 0.6 0.4 0.2 0 0.1 0.2 湿含量 X 0.3 氯化锌 优质纸 木材 烟叶
1.0 相对湿度
0.5
结合水分 Xh
非结合 水分
0
湿含量 X
结合水分按结合方式可分为：吸附水分、毛细管水分、溶 涨水分(物料细胞壁内的水分)和化学结合水分(结晶水)。 化学结合水分与物料细胞壁水分以化学键形式与物料分子 结合，结合力较强，难汽化；吸附水分和毛细管水分以物 理吸附方式与物料结合，结合力相对较弱，易于汽化。
粘土
粘土 高岭土 铬革
15.9
25.4 30 10
1.0
10.6 2.1 1.5
32
25 40 49
0.15
0.40 0.40 -
0.13
0.17 0.181 1.25
25 2.0 54 0.17 0.21 砂＜0.044mm 注意：Xc 与物料的厚度、大小以及干燥速率有关，所以 0.044~0.074mm 25 3.4 53 0.14 0.10
热空气 L , H1
绝干空气消耗量 L
W L 1 l 绝干空气比消耗 H 2 H1 W H 2 H1
热量衡算（Heat balance）
பைடு நூலகம்
1
0
Gc X c Gc ( X 1 X c ) d dX X 1 UcS UcS
Q (t t w ) Uc rtw rtw
1
Gc ( X 1 X c )rtw
S (t t w )
若传热干燥面积 S 为已知，则由上式求干燥时间 的问 题归结为气固对流给热系数 α的求取。
湿份在气体和固体间的平衡关系 湿份的传递方向 (干燥或吸湿) 和限度 (干燥程度) 由湿份 在气体和固体两相间的平衡关系决定。
p ps p
X*
Xh
X
平衡状态：当湿含量为 X 的湿物料与湿份分压为 p 的不 饱和湿气体接触时，物料将失去自身的湿份或吸收气体 中的湿份，直到湿份在物料表面的蒸汽压等于气体中的 湿份分压。 平衡含水量：平衡状态下物料的含水量。不仅取决于气 体的状态，还与物料的种类有很大的关系。
1.0 相对湿度 结合水分 0.5 平衡水分
非结合 水分
自由水分 0
X*
Xh
湿含量 X
吸湿过程：若 X<Xh ，则物料将吸收饱和气体中的水分使 湿含量增加至湿含量 Xh，即最大吸湿湿含量，物料不可 能通过吸收饱和气体中的湿份使湿含量超过 Xh。欲使物 料增湿超过 Xh，必须使物料与液态水直接接触。
(1) 图解积分法
当降速段的U ~ X 呈非线性变 化时，应采用图解积分法。
2
2
0 X c dX dX d Gc Gc Xc U X2 U X2
Gc / U
在 X2 ~ Xc 之间取一定数量的 X 值，从干燥速率曲线上查 得对应的 U，计算 Gc /U； 作图Gc /U ~ X，计算曲线下 面阴影部分的面积。
湿含量X 物料表面温度
X*
t
降速干燥段 (Falling-rate period)： 物料开始升温，X 变化减慢，气体传给物料的热量仅部分 用于湿份汽化，其余用于物料升温，当 X = X* ， = t。
物料的结构和吸湿性 降速段干燥速率曲线的形状因物料的结构和吸湿性而异。 多孔性物料 (Porous media)：湿份主要是藉毛细管作用由 内部向表面迁移。 非多孔性物料 (Nonporous media)：借助扩散作用向物料 表面输送湿份，或将湿份先在内部汽化后以汽态形式向 表面扩散迁移。如肥皂、木材、皮革等。 吸湿性物料 (Hygroscopic media)：与水份的亲合能力大。 非吸湿性物料 (Nonhygroscopic media)：
白岭粉
白岭粉
6.4
16
1.0
9~11
37
26
0.40
0.04
0.13
第三节 干燥过程的计算
1.恒定干燥条件下干燥时间的计算 物料的停留时间应大等于给定条件下将物料干燥至指定 的含水量所需的干燥时间，并由此确定干燥器尺寸。 恒速干燥段的干燥时间 若已知物料的初始湿含量 X1 和临界湿含量 Xc，则恒速段 的干燥时间为