干燥速率与干燥过程计算
干燥速度和干燥时间
言多么美丽；唯愿简单的相处，真心地付出，平淡地相守，才不负最美的人生；不负善良的自己。
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人海茫茫，不求人人都能刻骨铭心，但求对人对己问心无愧，无怨无悔足矣。大千世界，与万千人中遇见，只是相识的 开始，只有彼此真心付出，以心交心，以情换情，相知相惜，才能相伴美好的一生，一路同行。
3、干燥总时间
1 2 3
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，相互包容，相互懂得，才能走的更远。
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其实，世上最温暖的语言，“ 不是我爱你，而是在一起。” 所以懂得才是最美的相遇！只有彼此以诚相待，彼此尊重
相遇是缘，相守是爱。缘是多么的妙不可言，而懂得又是多么的难能可贵。否则就会错过一时，错过一世！ 择一人深爱，陪一人到老。一路相扶相持，一路心手相牵，一路笑对风雨。在平凡的世界，不求爱的轰轰烈烈；不求誓
2）干燥机理 a）恒速干燥阶段 干燥速度由水的表面汽化速度所控制 b）降速干燥阶段
过程速度由水分从物料内部移动到表面的速度所控制。
c）临界含水量
临界水分随物料本身性质、厚度和干燥速率的不同而
异，通常临界水分随恒速阶段的干燥速度和物料厚度的增加 而增大。
三、干燥时间的计算
1、恒定干燥条件下干燥时间的计算
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
2、降速干燥时间的计算
Gc X1 dX 2 X 2 A 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
UC 0 kX X X
GC dX U C A d
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
干燥计算、设备
10、在内部扩散控制阶段影响干燥速率的主 要因素有（ ）。
A、空气的性质 B、物料的结构、形状和大小 C、干基含水量 D、湿基含水量
11、某湿物料干基含水量为25%，则湿基含
水量为（
）。
A、15% B、20% C、25% D、40%
12、湿空气达到饱和状态时，露点td、干球温度
t、湿球温度tw三者的关系为（ ）。
W LH2 H1 GC X1 X 2
2 .干空气消耗量 L
L GC X1 X 2 W
H2 H1
H2 H1
每蒸发1kg水分时，消耗的绝干空气数量
l
L
1
W H2 H1
湿空气的消耗量为：
3、干燥产品流量G2
GC G2 1 w2 G11 w1
G2
G11 w1
1 w2
例8-6 在一连续干燥器中，每小时处理 湿物料1000kg，经干燥后物料的含水量由 10%降至2%。以热空气为干燥介质，初始湿 度H1=0.008kg水/kg绝干气，离开干燥器时 湿度为H2=0.05 kg水/kg绝干气，假设干燥 过程中无物料损失。试求：水分蒸发量、 空气消耗量以及干燥产品量。
4.干燥系统的热效率
蒸发水分所需的热量
向干燥系统输入的总热 量 100 %
1.01L（t 2
t 0）
W(2490 1.88t2） W(2490 1.88t2） GCcm
(2
1 )
QL
提高热效率的措施：使离开干燥器的空气温度降低， 湿度增加（注意吸湿性物料）；提高热空气进口温度 （注意热敏性物料）；废气回收，利用其预热冷空气 或冷物料；注意干燥设备和管路的保温隔热，减少干 燥系统的热损失。
L[c（g t 2 t0） Iv（2 H2 - H0）] GCcm (2 1) QL
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。
14.3 干燥速率与干 燥过程计算.
福州大学化工原理电子教案固体干燥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）干燥动力学实验物料的干燥速率即水分汽化速率NA可用单位时间、单位面积（气固接触界面）被汽化的水量表示，即NA=式中 Gc——试样中绝对干燥物料的质量，kg； GcdX -AdτA——试样暴露于气流中的表面积，m2；X——物料的自由含水量，X=Xt-X*，kg水/kg干料。
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（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。
- 1 - 1福州大学化工原理电子教案固体干燥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XC（5）干燥操作对物料性状的影响14.3.2 间歇干燥过程的计算14.3.2.1 恒速阶段的干燥时间τ1如物料在干燥之前的自由含水量X1大于临界含水量Xc，则干燥必先有一恒速阶段。
忽略物料的预热阶段，恒速阶段的干燥时间τ1由NA=GcdX积分求出。
-Adττ1GcXCdX dτ=-⎰0A⎰X1NA因干燥速率NA为一常数，τ1=GcX1-Xc ⨯ANA速率NA由实验决定，也可按传质或传热速率式估算，即NA=kH(Hw-H)=αrw(t-tw)Hw为湿球温度tw下的气体的饱和湿度。
传质系数kH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。
（1）空气平行于物料表面流动（图14-16a）α=0.0143G0.8kW/m2·℃式中G为气体的质量流速，kg/（m2·s）。
干燥速率与时间计算
d GC dX
UC A
d GC dX UA
2
GC A
X2 dX U X c
τ1 d GC XC dX
0
UC A X1
1）图解积分法：U与X不呈 线性关系:
图解积分法求干燥时间
2）解析计算法：U与
(X1
XC)
U K（X X ）
2
GC A
X2 Xc
dX K(X X)
GC AK
ln
Xc X2
X X
干燥时间 =1+ 2
干燥技术 ---干燥速率和时间计算
干燥
1. 干燥曲线与干燥速率曲线
通过实验测定干燥曲线 X —（时间）曲线
AB段：预热阶段，空气的部分热量用于 加热物料，时间很短；
BC段：恒速干燥阶段，物料的干燥速率恒定， 取决于物料表面水分汽化速率，和物料 本身性质关系不大；
CE段：降速干燥阶段，干燥速率随物料含 水量减少而降低，取决于水分在物 料中的迁移速率
C点： 临界点，对应的含水量为 临界含水量
干燥
1. 干燥曲线与干燥速率曲线
干燥速率U：单位时间，单位干燥面 积上气化的水分质量。
U dW GC dX
Ad
Ad
负号含义：表示物料含水量随干燥时
间的增加而减少。
干燥
2. 干燥时间计算
（1）恒速阶段的干燥时间
（2）降速阶段干燥时间
U GCdX
Ad
干燥速率与干燥过程计算
、 、 ——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。
干燥时间的计算
5-3-2干燥时间的计算依空气状况在干燥器内的变动，分为：恒定干燥操作：大量空气干燥少量物料，间歇操作，空气速度及空气与物料的接触方式不变。
变动干燥操作：连续操作的设备中,空气沿其流向、温度等参数不断地降低, 湿度逐渐增加。
一、恒定干燥条件下，干燥时间τ的计算1.干燥实验与干燥曲线恒定干燥条件下的间歇干燥实验:W’—湿料重G’—一批干料重X=W’/G’-1干燥速率曲线干燥速率—单位时间，单位干燥面积上气化的水分量。
(5-46)典型的干燥速率曲线(a)(b)某些多孔物料中水分靠“毛细管”作用恒速干燥和降速干燥的工作机理1).恒速干燥:物料在该段干燥时，表面始终保持着润湿。
在恒定的干燥条件下干燥时，物料表面的温度θ=tW(定)，则Hs,tw定。
它类似于测湿球温度。
对照tw ： (5-9)Q=αS(t- tw) (5-10) N=kHS(Hs, tw-H)此段内，空气传给物料的显热Q等于水分气化所需要的潜热Q'。
稳定时：dQ=rtW dW'→dW'=dQ/rtW(5-49)U=kH (HS,tW-H)S=α/rtW(t-tW) (5-50)2).降速干燥阶段(内部迁移控制阶段)当在整个干燥表面积范围内物表的pe 刚刚<ps时，物料含水量是临界含水量Xc。
以后随着(N -Ne)↑→U↓。
降速干燥的U取决于物料本身的结构、形状及尺寸；与干燥介质的状况关系不大。
造成Ne<N的原因可能是：∙①全部非结合水分已经蒸发完毕，物表p e<p s；∙②虽然还有些非结合水分，但物料的某些局部表面已经干燥，或水分气化面向物料内部迁移，此时全S内p e<p s。
∙影响Xc大小的因素:∙Xc↑→较早地进入降速干燥阶段→τ↑、Q↑、L↑…∙①干介速度u 当处理同一种物料时，∵传质速率k H=(1/δ),∴u↑→δ↓→k H↑→N↑,但同时可能∵Ne<N→局部表面干化→pe<ps→Xc↑。
化工原理干燥-3
● 缺点： ① 热效率低； ② 设备占地面积大、设备成本费高； ③ 粉尘回收麻烦，回收设备投资大。
10.6.2 干燥器的选择
（1）选择干燥器需要考虑的问题 ① 被干燥物料的性质； ② 湿物料的干燥特性 ； ③ 处理量； ④ 回收问题； ⑤ 能源价格、安全操作和环境因素。
26
（2）干燥器选择步骤 ① 根据湿物料的形态、干燥特性、产品的要求、处理量和以及 所采用的热源为出发点，进行干燥实验，确定干燥动力学和传 递特性； ② 确定干燥设备的工艺尺寸，结合环境要求，选择出适宜的干 燥器型式； ③ 若几种干燥器同时适用时，要进行成本核算及方案比较，选 择其中最佳者。
◆ 厢式干燥器的主要缺点： 物料得不到分散，干燥时间长； 若物料量大，所需的设备容积也大； 工人劳动强度大； 热利用率低； 产品质量不均匀。
16
（2）气流式干燥器 结构：
17
优点： ① 气、固间传递表面积很大，体积传质系数很高，干燥速率大； ② 接触时间短，热效率高，气、固并流操作，可以采用高温介质， 对热敏性物料的干燥尤为适宜； ③ 由于干燥伴随着气力输送，减少了产品的输送装置； ④ 气流干燥器的结构相对简单，占地面积小，运动部件少，易于 维修，成本费用低。
（1）厢式干燥器（盘架式干燥器）
原理：主要是以热风通过湿物料 的表面，达到干燥的目的。
13
厢式干燥器中的加热方式有两种： 单级加热
多级加热
14
H /(kg kg-1) H /(kg kg-1)
等φ线
C
C2
B3
A C1
B2
B
B1
0
t /℃
具有中间加热的干燥过程
采用废气循环法
等φ线 C
M
四干燥的计算公式
1． 回转圆筒不通风时的物料 装料系数
ൌ
݇ோ ்݊ ்ܫ
ቀ ி‘ ቁ
（2—4—24）
式中，φ0—回转圆筒不通风时的物料 装料系数，%；
݇ோ
ൌ
.ଵସቀଵାଷ.ସೌభ⁄మቁቀଵାହ.ସிೝమ⁄యቁ ଵା.ଷଷீೌభ⁄య
（2—4—25）
IT — 回转圆筒的倾斜度，m/m，一般 IT=0－0.08；
ܮൌ ௐ
ுమିுభ
式中, L —单位时间内消耗的绝干空气量，kg 绝干空气/s；
（2—4—4） （2—4—5）
W —单位时间内水分的蒸发量， kg/s；
H1, H2—进出干燥器空气的湿度，kg 水/ kg 绝干空气 。 ܸ ൌ ݒܮு ൌ ܮሺ2.83 ൈ 10ିଷ 4.56 ൈ 10ିଷܪሻሺ ݐ 273ሻ 式中, Vf—通风机全年中的最大通风量，m3/s；
cm —物料的比热容，kJ/kg 湿物料℃； H2—进出干燥器空气的湿含量，kg 水/ kg 绝干空气；
HC—空气的临界湿含量，kg 水/ kg 绝干空气； X1—物料开始干燥时自由水含量，kg /kg 绝干物料，
XC—绝干物料临界自由水含量，kg /kg 绝干物料；
X2—物料干燥终止自由含量， kg /kg 绝干物料。
rw —湿球温度 tw 时水的汽化潜热，J/kg。
（2） 热空气对流和热空气对流加热底面再传导给热干燥
ܴ
ൌ
ሺݐ
െ
ݐሻ ߙ
൩ ଵ
ଵ
൬ഀభାഊିഊ൰ ೢ
式中，ܴ —恒速干燥速率，kg/s·m2；
t —热空气温度，K；
第21讲 干燥过程计算
1 设水分蒸发的质量流率为q m , w kg s
则
q m , w q m ,C ( X 1 X 2 ) q m , L ( H 2 H 1 )
q m,L
q m,w H 2 H1
kg 干空气 kg 1水分 qV
，则
(IX ……………… )
q m,L q m,w 1 H 2 H1
预热器供给的热量
Q q 0 q ' q 0 0.1q 0 74.11 1.1 81.52kJ s 1
查表得383 K 时饱和蒸气潜热为
干燥器直径
D
qV 0.785 u
1.42 2.13m 0.785 0.4
求干燥器直径D，就要求湿空气流量 V′，求V′，就要求出干空气流量L和干空气 的比容VH，求L，利用干燥器水分物料衡算方程，求VH就是利用VH的计算式
通过对干燥器的热量衡算，可以确定多项热量的分配情况和热量的消耗量，可作为计算空气预热器 的传热面积，加热剂用量，干燥器尺寸，干燥器的热效率和干燥效率的依据。如图所示。
q m , L H 1 q m ,1 w1 q m , L H 2 q m , 2 w2 q m , L ( H 2 H 1 ) q m ,1 w1 q m , 2 w2 ……… (a)
q m ,C q m ,1 (1 w1 ) q m , 2 (1 w2 )
q m,L
0.0087 2492 1.88(328 273) 4.187(293 273) 0.2994 1.268 (333 293) (1.01 1.88 0.009)(363 328)
H2 q m,w q m,L H1 0.0087 0.009 0.0174 kg kg 1干空气 1.031
第3章 基本干燥过程的计算-潘永康李建国
第3章 基本干燥过程的计算1．干燥过程计算的目的干燥过程计算的目的在于确定以下数值： ——干燥设备的尺寸：——干燥介质和被干燥物料进出口的参数值； ——干燥介质和热量的需要量。
在此基础上，确定热交换器、风机、除尘器以及各种预处理设备等辅助设备的性能参数。
在干燥设备设计中涉及的最重要的参数如图3－1所示。
通常己知下列数据：——干燥器的型式己选定； ——以绝干物料计的产量G s ；——物料的进、出口湿含量x 1和x 2； ——物料的进、出口温度T m1和T m2； ——干燥介质（空气）进入干燥器时的湿度y 1。
图3－l 中带*号的参数是未知量。
干燥器的设计在选定了“目标函数”后是一个复杂的寻优过程。
目的是求得主要参数的最佳值，如单位产品的干燥价格为最低等，也可采用多目标优化。
但在实践中，常因假设了某些参数而忽略了优化，这些参数为气流速度u g ，进口气体温度T g1，惰性气体流量G B 等。
干燥器的设计过程通常包括下列计算步骤：——由热、质衡算确定出口空气的温度T g2和湿度y 2； ——由T g2、y 2及其他有关参数确定干燥操作的平均推动力； ——确定热、质传递系数；——以传热、传质动力学方程为基础，确定传递面积，并进而确定干燥器操作室的尺寸。
在干燥曲线基础上直接计算时，采用试验时的参数值作放大的设计步骤与上述步骤不同，较为简单。
干燥过程的能量消耗对干燥器的设计和操作影响很大。
有多种技术经济指标可作依据。
常用的指标为）（供给干燥器的总能量用于蒸发湿分的能量）＝能量利用率（% EE （3－1））（总水分）干物料产量（或蒸发的干空气流量）＝比气耗（kg/kg SG C （3－2）2．总体热质衡算以进入和输出干燥器的物料和干燥介质作为衡算对象，对干燥过程进行总体热质衡算。
2.1质量（物料）衡算在干燥过程中保持恒定值的量为湿空气流量（G g ）中的绝干空气量（G B ），以及进出干燥器的绝干物料质量（G s ）。
干燥速率与干燥时间
t (t tw )
H (Hw H)
u , kH
UC (U )
返回
四、降速干燥阶段
实际汽化表面减小 汽化面内移
降速干燥阶段特点：
1. X ,U
2. 物料表面温度 tw
3. 除去的水分为非结合、结合水分 4. 影响 u 的因素：
与物料种类、尺寸、形状有关， 与空气状态关系不大。
返回
8.3.3 恒定干燥条件下恒速阶段干燥时间
由干燥速率定义式： U GCdX
Ad
d GCdX
AU
1 d XC GC dX
0
X1 AU
对于恒速干燥： U＝UC＝const.
1
GC AU C
(X1 XC)
恒速干燥所需时间
返回
UC的来源：
(1) 由干燥速率曲线查得
Ad
[kg水/(m2∙s)]
W GC( X1 X )
dW GCdX
U GCdX
Ad
返回
二、干燥曲线及干燥速率曲线
1. 干燥曲线
—— 用于描述物料含水 量 X、干燥时间 τ 及 物料表面温度θ之间 的关系曲线。
返回
2. 干燥速率曲线
ABC段：恒速干燥阶段 AB段：预热段 BC段：恒速段
现ZnO的含水量为0.25 kg水/kg干料，令其与25℃，
＝40%的空气接触，求物料的自由水分、平衡水分、
结合水分和非结合水分。
返回
8.3.2 恒定干燥条件下的干燥速率
恒定干燥条件：空气的温度、湿度、流速及物 料接触方式不变。
一、干燥速率定义
—— 单位时间、单位干燥面积汽化水分量。
干燥速率和干燥技术
湿基水分Xw与以干基水分Xd之间的关系：
100 X w X % 1 X w
d
不计干燥器内物料损失，即：
m0 m1 (1 X d1 ) m2 (1 X d 2 )
（2）预热器的热量衡算 以预热器为控制体，忽略热损失，热量衡算式为：
Vh0 Qp Vh1
（3）干燥器的热量衡算 以干燥器作为控制体进行热量衡算，得：
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件。
4
5.3 干燥速率和干燥过程
（2）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。 降速干燥特点： 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。
10
5.3 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 5.3.3.1 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(τ1)可通过下式进行计算。
0 d
1
m0 X dX m (X X ) 恒速干燥 1 0 1 c X F jA F jA
恒定干燥条件下物料的干燥曲线
2
5.3 干燥速率和干燥过程
5.3.1.2 干燥速率曲线 物料的干燥速率 ：
dmw m0 dX j Fd Fd
8.4 干燥速率与干燥时间
U
GC dX Ad
d
GC dX AU
XC
1
0
d
X1
Байду номын сангаас
GC AU
dX
对于恒速干燥：
恒速干燥所需时间：
U＝UC＝const.
1
UC的来源：
GC AU C
(X1 X C )
（8-74）
（1） 由干燥速率曲线查得；
（2）用 U C (t t w ) k H ( H w H ) 计算 rw
8-17
8-16
8-19
（8-73）
——恒速干燥速率 式中： t——湿空气温度； tw——湿物料表面温度； Hw——湿物料表面湿度； H——湿空气湿度； U 恒速干燥速率
3、恒速干燥特点：
1） U＝UC＝const； 2）物料表面温度为tw； 3）在该阶段去除的水分为非结合水分； 4）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）近似计算法 三、总干燥时间：
1 2
Gc X c X * （8-85） * [( X 1 X c ) ( X c X ) ln ] * UC A X2 X
此式的优点是：若已知Xc 、X* ，求UC，即 可求出两个阶段的总干燥时间。 End
8-17
2）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tw 3）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。
4） 临界含水量与湿物料的性质及干燥条 件有关。 表8.1、8.2给出了不同物料临界含水量的 范围。
干燥速率与干燥过程的计算
化学化工学院 迪丽努尔
•14.3.2 间歇干燥过程的计算
一、干燥时间 • 2、降速阶段的干燥时间τ2
物料从临界含水量Xc减至X2 所需要的时间为：
2
X2
d
Gc A
dX NA
0
Xc
Xc
干
Gc dX
2
A NA
X2
燥 速 率
NA
若降速阶段的干燥区线可近似地 作为直线处理：
3、热损失：Ql
W
ql
• 入热=出热+热损失
G 2 C W m 2 C m 1 l0 Iq p q d G 2 C W m 2 l2 Iq l
q q p q d l ( I 2 I 0 ) G W 2 C m (2 1 ) C m 1 q l
令qm ： G W 2C m(21) 则q： qpqdl(I2I0)qmqlC m 1
气量）
l V 1
1
W H 2 H 1 H 2 H 0
化学化工学院 迪丽努尔
14.3.4 干燥过程的物料衡算与热量衡算 三、预热器的热量衡算
空气 V0、H0、t0
预热器
H1、t1
Q
设： I0、I1：分别为空气进、出预热器的焓， kJ／kg干气；
Qp——空气在预热器中获得的热量 Qp =V (I1-I0)
• 14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率
•三、干燥速率曲线
NA GAcddX
恒速干燥 干燥过程
降速干燥
AB 自 由 含 水 量
C D
干
燥
B
速
C
率
A
D
NAkg\mm.s X kg\kg
恒定干燥条件下的干燥速度.
* pW pS
U由水在表面汽化的速度所控制
汽化速度Gw
干燥速度U 推动力HW-H不变 U为恒定值
GW k H A HW H
U GW A
kg / s
kg / m 2 s
k H HW H
BC为直线
恒速阶段除去的是非结合水分
三、降速阶段（CE段）
过C点后 X<Xc 过程由U内表控制
连续式 按操作方式则可分为 间歇式
厢式干燥器（盘架式干燥器 ）
小型的称为烘箱，大型的称为烘房， 是典型的常压、间歇式、对流干燥设备。 适用场合：任何形状的物料 优点：对物料的适应性强。 缺点：物料得不到分散，干燥速率低，热利用率较差、且产品质量不均匀。产量不大。
洞道式干燥器
连续的或半连续操作 适用场合：处理量大、干燥时间长的物料 优、缺点：同厢式干燥器
二、应用对流传热系数或传质系数进行计算
U由水在表面汽化的速度所控制 同湿球温度计湿纱布表面的状况 Q介质物料 At - tW Q介质物料=Q水分汽化 绝热汽化过程
W
Q水分汽化 U C ArW GW rW k H A HW H rW 所以
W
UC
t tW Q k H HW H ArW rW
GC dX kX X X * Ad
kX
kX——CE线的斜率
X X* U UC XC X *
U C dX XC X *
2
0
GC X C dX GC X C X * d * X 2 kX A XX A UC
XC X*
X2 X*
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③平衡蒸汽压下降;
④固体内部水分的扩散极慢。
武汉工程大学化工原理课件 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；
(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。
武汉工程大学化工原理课件 教材p247 例14-4
X1=0.10 Xc=0.08 X*=0 X2=0.04
NA
dW
Ad
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
GcdX
Ad
Gc——试样中绝对干燥物料的质量，kg；
A——试样暴露于气流中的表面积，m2, X——物料的自由含水量，kg水/kg干料, W——汽化的水分量，kg。
武汉工程大学化工原理课件 3 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
0.0189G0.59
/
d
0.41 p
(dpG / 350)
0.0118G0.49
/
d
0.41 p
(dpG / 350)
③单一球形颗粒悬浮于气流中
dp
2 0.65R e1p/ 2 P r1/ 3
(Rep d pu / )
武汉工程大学化工原理课件
14.3.2.2 降速阶段的干燥时间τ2
武汉工程大学化工原理课件
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
武汉工程大学化工原理课件
14.3.2.1 恒速阶段的干燥时间τ1
1. 物料的自由含水量由X1降至XC 忽略物料的预热阶段
NA
Gc dX
Ad
1 d Gc XC dX
0
A
N X1
A
1
Gc A
X1 Xc NA
武汉工程大学化工原理课件
2. NA的确定
1
Gc A
X1 Xc NA
①实验测定
②按传质或传热速率式估算
NA
kH (Hw
④CDE段——降速段
干燥速率NA(kg.m-2.s-1)
降速段 恒速段
C D
B A A
E
X
0
C
自由含水量X
干燥速率曲线
武汉工程大学化工原理课件 ⑤两种典型的降速段干燥曲线
干燥速率NA(kg.m-2.s-1)
干燥速率NA(kg.m-2.s-1)
降速段 恒速段
C D
B A A
E
X
0
C
自由含水量X
干燥速率曲线
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。 2. (NA)C ＝常量
(N A )C rw (t tw ) kH (H w H )
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；
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。
武汉工程大学化工原理课件 三、 降速干燥阶段 1 .降速的原因 ①实际汽化表面减小;
1.物料的自由含水量由XC降至X2（X2>X*)所需时间
2. 计算
2
2 d
0
Gc A
X 2 dX
N X c
A
① 数值积分法或图解积分法
② 近似计算法
武汉工程大学化工原理课件
②近似计算法 用虚线CE代替CDE
NA Kx(X X *)
降速段 恒速段
C
B A
干燥速率NA
KX
N A,c Xc X*
武汉工程大学化工原理课件 四、 临界含水量
降低物料厚度，Xc↓
物料越细，Xc↑ 等速干燥阶段的速率越大，Xc↑
武汉工程大学化工原理课件
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。
原因：
a.降速段，物料温度升高；
CD段:第一降速阶段 DE段:第二降速阶段 D点:第二临界点
C
B
0 E 自由含水量X 降速段无转折点时 的干燥速率曲线
非多孔物料
武汉工程大学化工原理课件 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
武汉工程大学化工原理课件 二、恒速干燥阶段
1.湿物料表面全部润湿，即湿物料水分从物料内部
H)
rw
(t
tw )
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
0.0143G0.8 kW/m2·℃
武汉工程大学化工原理课件 G为气体的质量流速，kg/(m2·s) 条件为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
武汉工程大学化工原理课件
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。
A
AB
自由含水量 X(kg/kg)
C
D E
0
时间τ
干燥曲线
武汉工程大学化工原理课件 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。
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。
武汉工程大学化工原理课件
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。
A D
N A,C w (t tw ) kH (Hw H )
0
2
Gc AK X
X 2 dX Gc Xc X X * AK X
XC dX X2 X X *
E XC
自由含水量X
干燥速率曲线
2
Gc ln X c X *
AKX
2
Gc AKX
X2 ln
X
X
* C
X
* 2
*
X—实际含水量 X—自由含水量
空气 状态 是否 变化
恒定干燥条件： 空气的温度、湿度、流速 及物 料接触方式不变。
变动干燥操作：干燥过程中空气状态不断变化。
武汉工程大学化工原理课件
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
热 空 气
实验数据
干燥动力学实验装置
Gi (湿物料的质量)
τi(干燥时间) Gc(绝干物料的质量)