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 14.3.2 间歇干燥过程的计算 14.3.3 连续干燥过程的一般特性 14.3.4 干燥过程的物料衡算与热量衡算 14.3.5 干燥过程的热效率 14.3.6连续干燥过程设备容积的计算方法恒定干燥条件 ：变动干燥操作：空气 状态 是否 变化 干燥过程中空气状态不断变化空气的温度、湿度、流速 及物 料接触方式不变14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率 一 、干燥动力学实验 1. 实验装置实验数据 Gc(绝干物料的质量)Gi (湿物料的质量) τi(干燥时间)2. 数据处理① 典型干燥曲线的形状 干燥曲线：物料的的自由含水量X与干燥时间τ的关 系曲线② 干燥速率曲线物料的干燥速率或水分汽化速率NA：指单位时间、 单位面积（气固接触界面）被汽化的水量Gc——试样试样 中绝对绝对 干燥物料的质质量，kg；A——试样试样 暴露于气流中的表面积积，m2, X——物料的自由含水量，kg水/kg干料, W——汽化的水分量，kg3 干燥速率曲线分析 ①AB（或A'B）段——预热段 一般该过程的时间很短，在分 析干燥过程中常可忽略，将其 作为恒速干燥的一部分。
②BC段——恒速段 ③C点：临界含水量 ④CDE段——降速段 ⑤两种典型的降速段干燥曲线CD段:第一降速阶段DE段:第二降速阶段D点:第二临界点 ⑥ 空气的温度、湿度不同，速率曲线的位置也不同石棉纸浆的干燥速率曲线图 二、恒速干燥阶段 5. 恒速干燥阶段的干燥速率只与空气的状态有关 ，而与物料的种类无关 2. (NA)C ＝常量3.物料表面温度为tw；4. 在该阶段除去的水分为非结合水分；1.湿物料表面全部润湿，即湿物料水分从物料内部迁 移至表面的速率大于水分在表面汽化的速率恒速干燥 阶段为表面汽化控制三、 降速干燥阶段 1 .降速的原因 ①实际汽化表面减小; ②汽化面内移 ;③平衡蒸汽压下降; ④固体内部水分的扩散极慢 (4) 降速干燥阶段的干燥速率与物料种类、结构、 形状及尺寸有关，而与空气状态关系不大2. 降速干燥阶段特点(1) 随着干燥时间的延长，干基含水量X减小，干燥 速率降低，物料表面温度逐渐升高；(2)物料表面温度大于湿球温度；(3)除去的水分为非结合、结合水分；四、 临界含水量 等速干燥阶段的速率越大，Xc↑降低物料厚度，Xc↓物料越细，Xc↑五、干燥操作对物料性状的影响 1.恒速段可以采用较高的气流温度，以提高干燥 速率和热的利用率。
2. 降速段尤其是干燥后期需控制干燥速率，防 止物料温度过高 b.某些物质因脱水而产生种种物理的、化学的以 致生物的变化如木材脱水收缩，内部产生应力，严 重时可使木材沿薄弱面开裂有些物质脱水后会产生 表面硬化、干裂，起皱等不良现象a.降速段，物料温度升高；原因：14.3.2 间歇干燥过程的计算 物料在恒定干燥条件下所需干燥时间的确定方法： a.同一物料的干燥试验确定 b.当生产条件与试验差别不大时，可进行估算14.3.2.1 恒速阶段的干燥时间τ11. 物料的自由含水量由X1降至XC忽略物料的预热阶段 2. NA的确定 ②按传质或传热速率式估算 ①实验测定几种典型的气流与物料的接触方式时的给热系数 ①空气平行于物料表面流动 kW/m2·℃G为为气体的质质量流速，kg/(m2·s) 条件为为G=0.68~8.14 kg/（m2·s），气温t=45~150℃②空气自上而下或自下而上穿过颗粒堆积层 ③单一球形颗粒悬浮于气流中14.3.2.2 降速阶段的干燥时间τ2 1.物料的自由含水量由XC降至X2（X2>X*)所需时间 2. 计算 ② 近似计算法① 数值积分法或图解积分法②近似计算法用虚线CE代替CDE3 .总干燥时间 14.3.3 连续干燥过程的一般特性 一 、连续干燥器中气流与物料的接触方式 二、连续干燥过程的特点 1. 预热段(物料中的水分＞临界水分） 沿设备长度增加，物料表面温度上升到气流的湿球温度， 气流温度下降。
2. 表面汽化阶段(物料中的水分＞临界水分) 沿设备长度增加，物料表面水分汽化，空气湿度增加，空气 经历绝热增湿过程 ；物料表面温度基本保持不变，为空气的湿球 温度 3. 升温阶段(物料中的水分＜临界水分) 沿设备长度增加，物料温度升高，气流温度继续下降 二、连续干燥过程的数学描述分析 1. 考察方法：欧拉法 考察对象：在垂直于气流运动方向上取一设备微元 2. 过程数学描述方程 气固相际传热及传质速率方程式 物料内部的传热、传质速率方程式 物料衡算式热量衡算式14.3.4 干燥过程的物料衡算与热量衡算 一 、空气干燥器的操作原理图 1.进料口；2—干燥室；3—卸料口； 4—抽风机；5 —空气预热器；6—补充加热器二 、物料衡算 ①水分蒸发量；②空气消耗量；③干燥产品流量 2.水分蒸发量W 1. 计算目的3. 空气消耗量① 干空气质量流量 ② 实际实际 空气（新鲜鲜空气）质质量流量kg湿空气/s③风风机的风风量qV（m3湿空气/s）比空气用量 4 .干燥产品质量流量 注意：G2是指离开干燥器的物料的流量，其中包括 绝干物料及含有的少量水分 三、 热量衡算 忽略预热器的热损失 1 .预热器的热量衡算 2.干燥器的热量衡算 或cpm——湿物料的比热热容，kJ/(kg干物料.℃) 对对于水cpl=4.18 kJ/(kg.℃)四、 物料衡算与热量衡算的联立求解 1 .设计型问题分析 目标：计算完成一定干燥任务所需干空气用量 干燥任务务→Gc、W、θ1、X1、X2空气初始状态态→H1(=H0) QL可按传热传热 公式求或取QL=(0.05~0.10)QPθ2不能任意选择 未知变量：V、H2 、t1、t2、QD V、W、H2、H0、 t1、Gc 、θ1 X1、QD、t2、 θ1 、X2、QL未知变量：V、H2 、t1、t2、QD t1可以选定未知变量：V、H2 、t2、QD 约束方程：2个 设计者应选择的参数2个 2、干燥过程的物料和热量衡算常遇到以下两种情况 未知变量：V、H2 、t2、QD ①选择选择 气体出干燥器的状态态（如t2及 即H2已定，求 V与QD。
②选选定QD （如许多干燥器QD=0，即不补充热量） 及气体出干燥器状态的一个参数，求V及另一个气体出 口参数五、理想干燥器过程的物料和热量衡算 1. 理想干燥过程 热量衡算式 ①整个干燥过过程湿物料不升温（物料中的水分都在表 面汽化段去除，物料的升温很小θ1≈ θ2） 、无热损失、干 燥器不补充热量；②干燥过过程中湿物料中水分带带入的热热量及补补充的热热 量刚刚好与热损热损 失及升温物料所需的热热量相抵消 理想干燥过程（或等焓干燥、绝热干燥过程） 2. 湿度图表示 六、 实际干燥过程的物料和热量衡算 (1)当(2)当14.3.5 干燥过程的热效率 一、 空气在干燥器中放出热量的分析 加入干 燥系统 的热量蒸发水 分耗热 Q1物料升温 耗热Q2加热 空气 耗热 Q3热 损 失 QL二、干燥器的热效率η 若（等焓焓、理想、绝热绝热 干燥）， 则则 三、 提高η的措施 1. 当t0，t1一定时，降低废气的温度t2 ①干燥速率NA↓，τ↑,设备设备 容积积↑弊：② t2不能过过低以避免出现现返潮现现象 ℃）2 .当t0，t2一定时，提高空气的预热温度t1 弊： t1↑除受热热源能位的限制外还应还应 以物料不致在 高温下受热热破坏为为限。
3 . 减少干燥过程的各项热损失 a. 做好干燥设备和管道的保温工作， b. 防止干燥系统的渗透 4. 采用部分废气循环操作 弊：干燥速率降低，干燥时间增加，装置费用增 加，存在一最佳废气循环量，一般废气循环量为总气 量的20%~30%。