通过实验测定物料的干燥速率

机器人

干燥生产过程的设计，通常需计算所需干燥器的尺寸及完成一定的干燥任务所需的干燥时间，这都决定于干燥速率。湿分由湿物料内部向干燥介质传递的过程是一个复杂的物理过程，它的快慢，变即干燥速率，不仅决定于湿物料的性质，即物料结构、与水分结合形式、块度、料层的薄厚等，而且也决定于干燥介质的条件，即温度、湿度、速率及流动的状态。目前对干燥速率的机理了解得还很不充分，因而在大多数情况下，必须用实验的方法测定物料的干燥速率。   1.恒速干燥     目前，干燥速率的测定实验大多在恒定干燥条件下进行。所谓恒定干燥条件是指干燥过程中空气湿度、温度、速率以及与湿物料的接触状态都不变。因为在这种条件下进行干燥，才能直接地分析物料本身的干燥特性。这种条件可在实验室中以大量空气和少量湿物料接触的情况下完成。当然，在干燥过程中爆炸物料的含水量和其他参数都处在变化之中。   2.稳态与非稳态干燥     干燥生产可以是连续生产，也可以是间歇操作。连续操作为稳态干燥过程，湿物料的加入和干产品的排出是连续进行的，设备中各点的操作参数不随时间改变。间歇操作是非稳态的，湿物料一次成批加入，干燥完后一次排出，即使在恒定干燥条件下，干燥介质的性质参数维持不变，但湿物料的温度、湿含量、质量等参数是随时间改变的。在以下干燥速率的讨论中，以间歇操作为主，并在此基础上，进而解决连续操作的速率问题。   3.干燥速率曲线     在恒定干燥条件下进行干燥试验，一般都是间歇操作。实验所得数据，以时间T对干基含水量X作图，可得图6-10所示的干燥曲线。由此图通过计算得图6-11所示的干燥速率曲线，图中横坐标为干基含水量，纵坐标为干燥速率R。

通过实验测定物料的干燥速率

6-10

6-11

      在图6-10和图6-11中，A点代表时间为零时的情况，AB为湿物料不稳定的加热过程，一般该过程的时间很短，在分析干燥过程中常可忽略。从B点开始湿物料温度稳定到某一定值，即为空气的湿球温度，BC段内干燥速率保持恒定，称为恒速干燥阶段。C点以后，随着物料含水量的减少，干燥速率下降，CDE段称为降速干燥阶段。C点称为临界点。该点对应的含水量称为临界含水量，以Xc表示。E点的干燥速率为零，X*即为干燥条件下的平衡含水量。    （1）恒速干燥阶段     在这一阶段，物料整个表面都有非结合水形成的水膜，因物料内部水分含量充足，水分由内部向表面转移的速率高，足以保持表面上的润湿，干燥过程类似于纯液态表面的汽化。这一阶段的干燥速率主要决定于干燥介质的性质和流动情况，与物料性质和水分在物料内部的存在形式及运动情况无关，由水分在固体表面的汽化速率所控制。这一阶段的干燥过程与湿球温度计的机理是相同的，因而物料表面温度保持为空气的湿球温度Tw，物料表面气膜的空气湿度为Tw下的饱和湿度H。    （2）临界含水量     由恒速转为降速时，湿物料的含水量为临界含水量。由临界点开始，水分由内部向表面迁移的速率开始小于表面蒸发速率，湿物料表面上的水不足以保持表面的润湿，表面上开始出现干点。如果湿物料最初的含水量低于临界含水量，则干燥过程不存在恒速阶段。     临界含水量与湿物料的性质及干燥条件有关，不同的湿物料，由于其结构和块度不同而具有不同的临界含水量。同时，由于干燥介质的相对湿度、温度及流速的不同，也极大地影响了湿物料的临界含水量。一般，当物料的块度增大、干燥速率增大时，临界含水量将会增大。在干燥设备的计算中，其值一般由实验确定。    （3）降速干燥阶段     物料含水量降至临界含水量之后，便转入降速干燥阶段。这时，水分由物料内部向表面迁移的速率低于物料表面的汽化速率，润湿表面开始出现白点，并逐渐变干，随着温度的逐渐上升，物料含水量逐渐减少，水分在内部的迁移速率逐渐下降，干燥速率越来越低。这时，干燥速率主要取决于水分在物料内部的迁移速率。不同类型的物料，其结构不同，水分在内部迁移的机理也不同，降速阶段速率曲线形状也不同。某些湿物料干燥时，干燥曲线的降速段中有一转折点D，把降速阶段分为第一降速阶段和第二降速阶段。D点称为第二临界点，如图6-12所示。但另一些湿物料在干燥时则不出现转折点，整个降速段形成了一个平滑曲线，如图6-13所示。

6-12