第七章-干燥

第七章-干燥
第七章干燥
第一节概述
干燥是利用热能除去固体物料中湿分（水分或其它液体）的单元操作。

在化工、食品、制药、纺织、采矿、农产品加工等行业，常常需要将湿固体物料中的湿分除去，以便于运输、贮藏或达到生产规定的含湿率要求。

例如，聚氯乙烯的含水量须低于0.2%，否则在以后的成形加工中会产生气泡，影响塑料制品的品质；药品的含水量太高会影响保质期等。

因为干燥是利用热能去湿的操作，能量消耗较多，所以工业生产中湿物料一般都采用先沉降、过滤或离心分离等机械方法去湿，然后再用干燥法去湿而制得合格的产品。

一、固体物料的去湿方法
除湿的方法很多，化工生产中常用的方法有：
1.机械分离法。

即通过压榨、过滤和离心分离等方法去湿。

耗能较少、较为经济，但除湿不完全。

2.吸附脱水法。

即用干燥剂（如无水氯化钙、硅胶）等吸去湿物料中所含的水分，该方法只能除去少量水分，适用于实验室使用。

3.干燥法。

即利用热能使湿物料中的湿分气化而去湿的方法。

该方法能除去湿物料中的大部分湿分，除湿彻底。

干燥法耗能较大，工业上往往将机械分离法与干燥法联合起来除湿，即先用机械方法尽可能除去湿物料中的大部分湿分，然后再利用干燥方法继续除湿而制得湿分符合规定的产品。

干燥法在工业生产中应用最为广泛，如原料的干燥、中间产品的去湿及产品的去湿等。

二、干燥操作方法的分类
1．按操作压强分为：
（1）常压干燥
（2）真空干燥。

真空干燥主要用于处理热敏性、易氧化或要求产品中湿分含量很低的场合。

2．按操作方式分为：
（1）连续干燥：优点：生产能力大、热效率高、劳动条件好、产品均匀。

（2）间歇干燥：适用于小批量、多品种或要求干燥时间很长的特殊场合。

3．按传热方式可分为：
（1）传导干燥：
热能通过传热壁面以传导方式传给物料，产生的湿分蒸汽被气相(又称干燥介质)带走，或用真空泵排走。

例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。

特点：热能利用率高，但与传热面接触的物料易过热变质，物料温度不易控制。

（2）对流干燥：
使干燥介质直接与湿物料接触，热能以对流方式传给物料，产生的蒸汽被干燥介质带走。

干燥介质在这里是载热体又是载湿体。

特点：温度易调节，湿物料不易被过热。

但是干燥介质离开干燥器时要带出大量的热量，因
此对流干燥热损失大，能量消耗高。

（3）辐射干燥：
由辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到固体物料的表面，为物料吸收而转变为热能，
从而使湿分气化。

例如用红外线干燥法将自行车表面油漆烘干。

特点：该法生产强度大，干燥均匀且产品洁净，但能量消耗大。

（4）介电加热干燥：
将需要干燥电解质物料置于高频电场中，电能在潮湿的电介质中变为热能，可以使液体
很快升温气化。

频率<300MHz的称为高频加热。

频率=300MH z～300 GH z的超高频加热，称为微波加热。

通常所用的微波频率是915和2450MHz
特点：这种加热过程发生在物料内部，干燥速率较快，干燥均匀。

例如微波干燥食品。

（5）冷冻干燥：
物料冷冻后，把干燥器抽成真空，使载热体循环，对物料提供必要的升华热，使冰升华
为水汽，水汽用真空泵排出。

常用于医药品、生物制品及食品的干燥。

三、对流干燥方法
（1）对流干燥原理
式从气相主体传递到固体表面，物料表面上的湿分即行气化，水
气由固体表面向气相扩散；与此同时，由于物料表面上湿分气化，
使得物料内部和表面间产生湿分差，因此物料内部的湿分以气态
或液态的形式向表面扩散。

可见对流干燥过程是传质和传热同时
进行的过程。

干燥介质既是载热体又是载湿体。

（2）对流干燥的条件
干燥进行的必要条件是物料表面的水气的压强必须大于干燥介质中水气的分压，在其它条件相同的情况下，两者差别越大，干燥操作进行得越快。

所以干燥介质应及时地将产生的水气带走，以维持一定的传质推动力。

若压差为零，则无水分传递，干燥操作即停止进行。

由此可见，干燥速率由传热速率和传质速率所支配。

（3）对流干燥流程
下图为对流干燥流程示意图。

空气经预热器加热到适当温度后，进入干燥器，与进入干燥器的湿物料相接触，干燥介质
将热量以对流方式传递给湿物
料，湿物料中湿分被加热汽化为
蒸气进入干燥介质中，使得干燥
介质中湿分含量增加，最后以废
气的形式排出。

湿物料与干燥介
质的接触可以是逆流、并流或其
它方式。

化工生产中以连续操作的对流干燥应用最为普遍，干燥介质可以是不饱和热空气、惰性气体及烟道气，要除的湿分为水或其它化学溶剂。

本章重点介绍以不饱和热空气为干燥介质，湿分为水分的对流干燥过程。

第二节 湿空气的性质及湿度图
一、湿空气的性质
湿空气是绝干空气和水气的混合物。

对流干燥操作中，常采用一定温度的不饱和空气作为介质。

因此首先讨论湿空气的性质。

由于在干燥过程中，湿空气中水气的含量不断增加，而绝干空气质量不变，因此湿空气的许多相关性质常以单位质量的绝干空气为基准。

1、湿度（湿含量）H
湿空气中所含的水蒸气的质量与绝干空气的质量之比，称为空气的湿度，又称湿含量或绝对湿度，简称湿度，以符号Ｈ表示它可表示为：
g v g g v v n n n M n M H 2918===量湿空气中绝干空气的质湿空气中水蒸气的质量 （7-1） 式中 Ｈ——湿空气的湿度，kg 水气/kg 绝干空气；
M V ——水汽的摩尔质量，kg/ kmol ；
Mg ——绝干空气的摩尔质量，kg/ kmol ；
n g ——绝干空气的千摩尔，kmol ；
n v ——水气的摩尔数， kmol 。

常压下湿空气可视为理想气体混合物，根据道尔顿分压定律，理想气体混合物中各组分的摩尔比等于分压比，则式（7-1）可表示为：
v
v v v p P p p P p H -=-=622.0)(2918 （7-2） 式中 p v ——水蒸气的分压，Pa ；
P ——湿空气的总压，Pa 。

由式（7-2）可知湿度是总压和水气分压的函数。

当总压一定时，则湿度仅由水蒸气分压所决定，湿度随水气分压的增加而增大。

当湿空气的水蒸气分压等于同温度下水的饱和蒸气压时，表明湿空气呈饱和状态，此时空气的湿度称为饱和湿度Hs ，即：
s
s s p P p H -=622.0 （7-3） 式中 Hs ——湿空气的饱和湿度，kg 水气/（kg 绝干空气）；
2、相对湿度百分数ϕ
在一定总压下，湿空气中的水气分压与同温度下水的饱和蒸汽压p s 之比的百分数，称为相对湿度百分数，简称相对湿度，符号为ϕ，即： %100⨯=s
v p p ϕ （7-4） 相对湿度可以用来衡量湿空气的不饱和程度。

ϕ＝100%时，湿空气中水气分压等于同温度下水的饱和蒸气压，湿空气的水蒸气已达到饱和，不能再吸收水分；%100<ϕ的湿空气能作为干燥介质。

ϕ值愈小，表明湿空气偏离饱和程度越远，吸收水气的能力越强。

由此可见空气的湿度H 仅表示空气中水气含量，而相对湿度ϕ值能反应出湿空气吸收水气的能力。

若将式7-4代入式7-2，可得：
s
s p P p H ϕϕ-=622.0 (7-5)
由上式可知，在一定的总压下 ()s p H f ,=ϕ，而()t f p s =，因此()t H f ,=ϕ，只要知道湿空气的温度和湿度，就可以计算出相对湿度。

3．湿空气的比体积v H
单位质量绝干空气中所具有的空气及水蒸气的总体积称为湿空气的比体积，即：
干空气
水气体积干空气的体积kg Hkg kg H 11+=υ ()P
t H P t H 5510013.1273273244.1773.010013.12732734.2218291⨯⨯+⨯+=⨯⨯+⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+= (7-6) 式中 v H －湿空气的比体积，m 3/kg 绝干气；
H ——湿空气的湿度，kg 水/kg 绝干气；
t ——温度，℃。

P ——湿空气的压强，Pa
由式(7-6)可知,在常压下,湿空气的比体积随湿度H 和温度t 的增大而增大。

4．湿空气的比热容
常压下将绝干空气和其中的水蒸气的温度提高所需要的热量，称为湿空气的比热容，简称湿热，即：
H c c c v g H +=
H H c c c v g H 88.101.1+=+= (7-7) 式中 c H －湿空气的比热,kJ/(kg 绝干空气·℃)；
c g －绝干空气的比热,1.01kJ/(kg 绝干空气·℃)；
c v －水蒸气的比热,1.88kJ/ (kg 水汽·℃)。

5. 湿空气的焓ＩＨ。

湿空气的焓为其中单位质量绝干空气的焓及所含水蒸气的焓之和。

即：
v g H HI I I += （7-8） 式中 ＩＨ－湿空气的焓 ，kJ/(kg 绝干空气)；
I g －绝干空气的焓 ，kJ/(kg 绝干空气)；
I v －水蒸气的焓 ，kJ/(kg 水汽)。

上述焓值是以干空气和液态水在0℃下的焓为零作为基准。

绝干空气的焓就是其显热，
而水蒸气的焓则应包括水在0℃下的气化潜热及水气在0℃以上的显热。

对于温度为t 、湿度为H 的空气，其焓值计算如下，即：
H t H Hr t c t c r H t c I H v g H 2490)88.101.1()(00++=+=++= （7-9）
式中r 0－0℃时的水蒸气的潜热，其值为2490kJ/kg
6. 干球温度ｔ
用普通温度计测得的湿空气温度，称为干球温度，用符号ｔ表示，单位为℃或Ｋ。

7. 露点t d
将不饱和的空气在总压和湿度不变的情况下冷却至饱和状态时对应的温度，称为该空气的露点，以符号t d 表示，单位为℃或Ｋ。

在露点时，原湿空气的水蒸气分压等于露点下饱和水蒸气压，此时空气的湿度为饱和湿度。

由式(7-3)可得：
s
s s d p P p H H -==622.0 （7-10） 式中 s H ——湿空气的饱和湿度，kg 水气/（kg 绝干空气）；
s p ——露点下水的饱和蒸气压，P ａ
整理上式（7-10）可得：
s
s s H P H p +⨯=622.0 （7-11） 在确定湿空气的露点t d 时，将湿空气的湿度及总压代入式（7-11）求得下的饱和蒸汽压，由饱和水蒸气表查出的对应温度即为该湿空气的露点t d 。

8. 湿球温度t w
玻璃温度计感温球(水银球)用湿纱布包裹，纱布下端浸在水中，以
保证纱布一直处于充分润湿状态，这样测得的温度为湿空气的湿球温
度，用t w 表示，单位为℃或Ｋ。

如右图。

湿球温度t w 实质上是湿空气与湿纱布之间传质和传热达稳定时湿
纱布中水的温度，由湿球温度的原理可知，空气的湿球温度t w 总是低
于t 。

t w 与t 差距愈小，表明空气中的水分含量愈接近饱和。

湿球温度的工程意义在于：在干燥过程中恒速干燥阶段时湿球温
度即是湿物料表面的温度。

9、绝热饱和温度as t
绝热饱和温度是不饱和的湿空气与大量水相接触，在绝热条件下空气被水汽所饱和时空
湿球温度计
气的温度。

在空气绝热增湿过程中，空气的降温增湿过程是一等
焓过程。

绝热饱和温度as t 和湿球温度w t 是两个完全不同的概念，但两
者都是湿空气状态（t 和H ）的函数。

实验测定证明，对空气-水系统，可以近似认为绝热饱和温度as t 与湿球w t 数值相等，而湿球温度比较容易测定。

由以上讨论可知，湿空气的湿度H 主要通过测定干球温度t 、湿球温度t w 、露点温度后计算得到。

三个温度之间的关系如下：
对于不饱和湿空气 t>t w >t d
对于饱和湿空气 t ＝t w ＝t d
【例8-1】已知湿空气的总压为101.325 kPa ，相对湿度为50%，干球温度为20℃。

试求：
(1) 湿度；(2) 水蒸气分压p; (3)露点t d ；(4) 焓I ；(5)如将500kg/h 干空气预热至117℃，求
所需热量Q ；(6) 每小时送入预热器的湿空气体积V
解：p=101.325kPa, t=20℃，由饱和水蒸气表查得，水在20℃时的饱和蒸汽压为s p =2.34kPa
(1) 湿度H
s
s p P p H ϕϕ-=622.00.50 2.34=0.622=0.00727kg /kg 101.3-0.50 2.34⨯⨯⨯水干空气 (2) 水蒸气分压p
p=ϕs p =0.50×2.34=1.17kPa
(3) 露点d t
露点是空气在湿度H 或水蒸气分压P 不变的情况下，冷却达到饱和时的温度。

所以可由p=1.17kPa 查饱和水蒸气表，得到对应的饱和温度d t =9℃
(4) 焓I
I=(1.01+1.88H)t+2492H=(1.01+1.88×0.00727)×20+2492×0.00727=38.6KJ/Kg 干空气
(5) 热量Q
Q =500×(1.01+1.88×0.00727)×(117-20)=4966KJ/h=13.8kw
(6) 湿空气体积V
t as
as 绝热饱和塔示意图
H 3T+273 V=500 v
=500(0.772+1.244H) 273
20+273 =500(0.773+1.2440.00727) 273
=419.7 m /h ⨯⨯
⨯⨯
二、湿空气的湿度图及应用
当总压一定时，表明湿空气性质的各项参数，只要规定其中任意两个相互独立的参数，湿空气的状态就被确定。

工程上为方便起见，将各参数之间之间的关系制成湿度图。

常用的湿度图由湿度—温度图(H-t)和焓湿度图(I-H)，本章介绍焓湿度图的构成和应用。

1、I-H 焓湿图的构成
在总压力为101.3ＫPa 情况下，以湿空气的焓为纵坐标，湿度为横坐标所构成的湿度图，称为湿空气的I-H 图。

为了使各种关系曲线分散开，采用两坐标轴交角为135°的斜角坐标系。

为了便于读取湿度数据，将横轴上湿度H 的数值投影到与纵轴正交的辅助水平轴上。

图中共有5种关系曲线，图上任何一点都代表一定温度t 和湿度H 的湿空气状态。

现将图中各种曲线分述如下：
(1)等湿线(即等H 线)。

即等湿线是一组与纵轴平行的直线，在同一根等H 线上不同的点
都具有相同的温度值，其值在辅助水平轴上读出。

(2)等焓线(即等I 线)。

等焓线是一组与斜轴平行的直线。

在同一条等I 线上不同的点所代表的湿空气的状态不同，但都具有相同的焓值，其值可以在纵轴上读出。

(3)等温线(即等t 线) 由式I=1.01t+(1.88t+2490)H ，当空气的干球温度t 不变时，I 与H 成直线关系，因此在I-H 图中对应不同的t ，可作出许多条等t 线。

上式为线性方程，等温线的斜率为(1.88t+2490),是温度的函数，故等温线相互之间是不平行。

(4)等相对湿度线(即等ϕ线)等相对湿度线是一组从原点出发的曲线。

根据式(7-5) s s p P p H ϕϕ-=622.0 ，可知当总压Ｐ一定时，对于任意规定的ϕ值，上式可简化为H 和Ps 的关系式，而Ps 又是温度的函数，因此对应一个温度t ，就可根据水蒸气可查到相应的Ps 值计算出相应的湿度H ，将上述各点(H,t)连接起来，就构成等相对湿度ϕ线。

根据上述方法，可绘出一系列的等ϕ线群。

ϕ=100%的等ϕ线为饱和空气线，此时空气完全被水气所饱和。

饱和空气以上ϕ (＜100%)为不饱和空气区域。

当空气的湿度H 为一定值时，其温度t 越高，则相对湿度ϕ值就越低，其吸收水气能力就越强。

故湿空气进入干燥器之前，必须先经预热以提高其温度t 。

目的是除了为提高湿空气的焓值，使其作为载热体外，也是为了降低其相对湿度而提高吸湿力。

ϕ＝0时的等ϕ线为纵坐标轴。

(5)水气分压线 该线表示空气的湿度H 与空气中水气分压p 之间关系曲线.
2、I-H 图的用法
利用I-H 图查取湿空气的各项参数非常方便。

只要已知表示湿空气性质的各项参数中任意两个
在图上有交点的参数，如t-w t ,t-d t ,t-ϕ等，就可以
在I-H 图上定出一个交点，此点即为湿空气的状态
点，由此点可查得其它各项参数。

若用两个彼此不
是独立的参数，如p-H, d t -p, d t -H, 则不能确定状
态点，因它们都在同一条等I 线或等H 线上。

例如，图8-3中A 代表一定状态的湿空气，则
(1)湿度H ，由A 点沿等湿线向下与水平辅助
轴的交点H ，即可读出Ａ点的湿度值。

(2)焓值I ，通过A 点作等焓线的平行线，与纵轴交于Ｉ点，即可读得A 点的焓值。

(3)水气分压P ，由Ａ点沿等湿度线向下交水蒸气分压线于Ｃ，在图右端纵轴上读出水气分压值。

(4)露点t d ，由A 点沿等湿度线向下与ϕ=100%饱和线相交于B 点，再由过B 点的等温线读出露点t d 值。

(5)湿球温度t w (绝热饱和温度t as )，由A 点沿着等焓线与ϕ=100%饱和线相交于D 点，再由过D 点的等温线读出湿球温度t w (即绝热饱和温度t as 值)。

通过上述查图可知，首先必须确定代表湿空气状态的点，然后才能查得各项参数。

第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算
通常，在干燥过程的计算中，首先要计算干燥过程中的水分蒸发量和空气消耗量和热
量，据此进行风机及换热器的选型或设计．干燥过程的物料衡算和热量衡算是上述计算的基础．
一、湿物料中含水量的表示方法 １、湿基含水量
湿物料中所含水分的质量分数称为湿物料的湿基含水量。

•w =
湿物料中水分的质量
湿物料总质量
Kg 水分/Kg 湿料 （7-12）
2.干基含水量
不含水分的物料通常称为绝对干料。

湿物料中的水分的质量与绝对干料质量之比,称为湿物料的干基含水量。

X =
湿物料中水分的质量
湿物料中绝干物料的质量
Kg 水分/Kg 干料 (7-13)
两者的关系为
11w X X w w X
=
=-+ 或 (7-14) 工业生产中物料含水量常以湿基含水量表示，但由于干燥过程中湿物料的总质量因干燥失出水分而不断减少，而绝干物料的质量不变，因此，干燥计算中，以干基含水量表示较为方便。

二、干燥器物料衡算
通过干燥系统作物料衡算，可以算出：（1）从物料中除去水分的数量，即水分蒸发量（2）空气的消耗量（3）干燥产品的流量。

下图为干燥系统物料流程示意图。

对水分进行物料衡算，则 1、水分蒸发量W
空气干燥器的流程图
1−进料口；2−干燥室；3−卸料口；4−抽风机；5、6−空气加热器
总水分衡算： 1122c c LH G X LH G X +=+ (7-15) 或： ()()2112c W L H H G X X =-=- (7-16) 式中：L ——绝干空气的流量，[]s kg
W ——单位时间内水分的蒸发量，[]s kg
c G ——绝干物料的流量，[]s kg
1H 、2H ——分别为空气进、出干燥器时的湿度，kg 水／kg 绝干气；
1X 、2X ——分别为湿物料进、出干燥器时的干基含水量，kg 水／kg 绝干物料。

强调基准与物料必须相匹配，即干基必须是干物料。

2、 空气消耗量L
将(7-16)式整理可得：()122121
c G X X W
L H H H H -=
=
-- (7-17) 式中：L —单位时间内消耗的绝干空气量，[]s kg 绝干气
将(7-17)等号两侧均除以W 得：
1
21
H H W L l -=
= (7-18) 式中：
l ——每蒸发kg 1水分时，消耗的绝干空气数量，称为单位空气消耗量，[]水分绝干气kg kg
如果以0H 表示空气预热前的湿度,而空气经预热器后,其湿度不变,故01H =H ,则有 20
1
L l W H H =
=
- (7-19) 由上可见,单位空气消耗量仅与2H 、0H 有关，与路径无关。

湿度0H 与气候条件有关，夏季湿度大，消耗的空气量最多,因此在选择输送空气的通风机时,应以全年中最大空气消耗量为依据,通风机的通风量V 计算如下：
273
(0.733 1.244)273
H t V L v L H +=⨯=⨯+⨯
(7-20) L —单位时间内消耗的绝干空气量，[]s kg 绝干气,式中湿度H 和温度t 为通风机所在安装
位置的空气湿度和温度。

3、 干燥产品流量2G
()()221111c G G w G w =-=- (7-21) 出干燥器的绝干物料=入干燥器的绝干物料 式中：c G —绝干物料
1w —物料进干燥器时湿基含水量。

2w —物料离开干燥器时湿基含水量。

应指出：干燥产品只是含水少不等于绝干物料，即绝干物料是不含水，在干燥器中其质量不变。

三、干燥过程的热量衡算
通过干燥系统的热量衡算，可以求得：（1）预热器消耗的热量；（2）向干燥器补充的热量；（3）干燥过程消耗的总热量。

这些内容可作为计算预热器传热面积、加热介质用量、干燥器尺寸以及干燥系统热效应等计算的依据。

干燥系统的热流图如图所示。

图8.1 连续干燥过程的热量蘅算示意图
X 2,θ2,I 2
P
'1
D
Q L
图中：
1X 、2X ——分别为湿物料进出干燥器的干基含水量，kg 水／(kg 干料)；
0I 、1I 、2I ——分别为湿空气进入、离开预热器及离开干燥器时的焓，KJ ／kg 干气； 0H 、1H 、2H ——分别为湿空气进入、离开预热器及离开干燥器时的湿度，Kg 水／kg 干气； 0t 、1t 、2t ——分别为湿空气进入、离开预热器（即进入干燥器）及离开干燥器时的温度，℃；
L ——绝干空气流量，kg （干气）/s ；
p Q ——单位时间内预热器消耗的热量，kw ；
1G 、2G ——分别为湿物料进出干燥器的流量，kg （湿物料）/s ； '1I 、'2I ——分别为湿物料进出干燥器的焓，
（湿物料）KJ ／kg （干料）； 21,θθ——分别为湿物料进入和离开干燥器时温度，℃
D Q ——单位时间内向干燥器补充的热量，kw ； L Q ——干燥器的热损失，kw 。

1、预热器的热量衡算
若忽略预热器的热损失，以1[]s 为基准，对上图预热器列焓衡算，得：
10LI Q LI p =+ (7-22)
故单位时间内预热器消耗的热量为：()10010(1.01 1.88)()p Q L I I L H t t =-=+- (7-23) 2、干燥器的热量衡算
再对上图的干燥器列焓衡算，以1[]s 为基准，得：
''
1122c D c L LI G I Q LI G I Q ++=++ (7-24) 故单位时间内向干燥器补充的热量为：()()'
'212
1D c L Q L I I G I I Q =-+-+ (7-25) 联立(7-23) 、 (7-25)得：
故单位时间内向干燥系统补充的总热量为：D p Q Q Q +=
()()'
'202
1c L L I I G I I Q =-+-+ (7-26) (7-23) 、 (7-25)、(7-26)为连续干燥系统中热量衡算的基本方程式。

为了便于分析和应用，将（7-26）式作如下处理。

假设：
(1) 新鲜空气中水气的焓等于离开干燥器废气中水气的焓。

(2) 湿物料进出干燥器时的比热取平均值m c ,m c 可由绝干物料比热g c 及纯水的比热w c 求得：即：w g m Xc c c +=
D p Q Q Q +=()()'
'202
1c L L I I G I I Q =-+-+ ()()()[]()L m Q Gc H H t t t L +-+-++-=120220288.1249001.1θθ ()()()202211.012490 1.88m L L t t W t Gc Q θθ=-+++-+
分析上式可知，向干燥系统输入的热量用于：（1）加热空气（2）蒸发水分（3）加热物料（4）热损失。

4、 干燥系统的热效率 干燥系统的热效率定义为： %100⨯=
量
向干燥系统输入的总热蒸发水分所需的热量
η
蒸发所需热量为：()W t W Q v 12178.488.12490θ-+=，水从C 20~0平均比热为4.178 若忽略湿物料中水分代入系统中的焓，上式简化为：
()288.12490t W Q v +≈ ()%10088.124902⨯+=
Q
t W η
η越高表示热利用率愈好，若空气离开干燥器的温度较低，而湿度较高，则水分气化
量大，可提高干燥操作的热效率。

但空气湿度增加，使物料与空气间的推动力即()↓-H H w ，一般来说，对于吸水性物料
的干燥，空气出口温度应高些，而湿度应低些，即相对湿度要低些。

在实际干燥操作中，空气离开干燥器的温度2t 需比进入干燥器时的绝热饱和温度高C 50~20，这样才能保证在干燥系统后面的设备内不致析出水滴，否则可能使干燥产品返潮，且易造成管路的堵塞和设备材料的腐蚀。

在干燥操作中，废气（离开干燥器的空气）中热量的回收对提高干燥操作的热效率有实际意义，此外还应注意干燥设备和管道的保温隔热。

第四节 干燥速率和干燥时间
一、 物料中所含水分的性质 （一）、平衡水分与自由水分
根据物料在一定干燥条件下，其所含水分能否用干燥的方法除去来划分，可分为平衡水分与自由水分。

平衡水分：在一定空气状态下，湿物料中的恒定
含水量称为该物料的 ~ 。

也就是在一定空气状态下物料中不能除去的水分。

用X*表示，单位kg 水/kg 干料。

在一定空气状态下的干燥极限。

自由水分：物料总水分中，除了平衡水分以外的那部分水，称为~。

有可能被该湿空气干燥除去。

（二）、结合水分和非结合水分
根据物料与水分结合力的状况，可分为结合水分和非结合水分。

结合水分：结晶水、小毛细管内的水分、细胞内的水分等。

特点：结合水的蒸气压低于同温度下水的饱和蒸气压；
借助化学力或物理化学力与固体相结合，较难去除。

非结合水分：附着在物料表面的水分，或物料堆积层中大空隙中的水分。

特点：与固体相互结合力较弱，较易去除；非结合水的性质与纯水的相同。

两种分类方法的不同：
平衡水分与自由水分，结合水分与非结合水分是两种概念不同的区分方法。

自由水分是在干燥中可以除去的水分，而平衡水分是不能除去的，自由水分和平衡水分的划分除与物料有关外，还决定于空气的状态。

非结合水分是在干燥中容易除去的水分，而结合水分较难除去。

是结合水还是非结合水仅决定于固体物料本身的性质，与空气状态无关。

各种水分的关系：
⎪⎩
⎪⎨⎧⎩⎨⎧—不能除去的结合水分—平衡水分能除去的结合水分—首先除去的水分—非结合水分自由水分物料中的水分 二、 恒定干燥条件下的干燥速率
恒定干燥条件即干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，在整个干燥过程中均保持恒定。

（一）、干燥速率
定义：单位时间、单位干燥面积汽化的水分量。

τττAd dX G Ad X X G d Ad dW U c
c -=-==
)]
([1
（二）、干燥曲线与干燥速率曲线
某物料在恒定干燥条件下干燥，可用实验方法测定干燥曲线及干燥速率曲线。

什么是恒定干燥条件？
恒定干燥条件：指干燥过程中空气的湿度、温度、速度以及与湿物料的接触状况都不变。

1.干燥曲线
2.干燥速率曲线
3.曲线分析：
▲AB（或A'B）段：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，在该过程中，物料的含水量及其表面温度均随时间而变化。

物料含水量由初始含水量降至与B点相应的含水量，而温度则由初始温度升高(或降低)至与空气的湿球温度相等的温度。

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。

▲BC段：在BC段内干燥速率保持恒定，称为恒速干燥阶段。

在该阶段：湿物料表面温度为空气的湿球温度；
C点：由恒速阶段转为降速阶段的点称为临界点，所对应湿物料的含水量称为临界含水量，用Xc表示。

▲CDE段：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。

干燥速率主要取决于水分在物料内部的迁移速率。

不同类型物料结构不同，降速阶段速率曲线的形状不同。

※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8.13所示。

但也有一些湿物料在干燥时不出现转折点，整个降速阶段形成了一个平滑曲线，如图8.14所示。

降速阶段的干燥速率主要与物料本身的性质、结构、形状、尺寸和堆放厚度有关，而与外部的干燥介质流速关系不大。

E点：E点的干燥速率为零，即为操作条件下的平衡含水量。