干燥速率与干燥过程计算5_12_3

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A N 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τ

Ad dX

G N c A -=

式中 c G ——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，m 2；

X ——物料的自由含水量，*X X X t -=，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 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C X

（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1τ

如物料在干燥之前的自由含水量1X 大于临界含水量c X ，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1τ由τ

Ad dX

G N c A -=

积分求出。

⎰⎰-=C 11A

d d X X c N X

A G ττ 因干燥速率A N 为一常数，

A

c

c N X X A G -⨯

=

11τ 速率A N 由实验决定，也可按传质或传热速率式估算，即

)()(w w

w H A t t r H H k N -=

-=α

w H 为湿球温度w t 下的气体的饱和湿度。

传质系数H k 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 ）

8.00143.0G =αkW/m 2·℃

式中G 为气体的质量流速，kg/（m 2·s ）。

上式的试验条件为14.8~68.0=G kg/（m 2·s ），气温150~45=t ℃。 （2）空气自上而下或自下而上穿过颗粒堆积层（图14-16b ）

41.0p 59

.00189.0d G =α

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛>350μG d p 41

.0p

49

.00118.0d G =α ⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛<350μG d p

式中 G ——气体质量流速，kg/（m2·s ）；

p d ——具有与实际颗粒相同表面的球的直径，m ；

μ—— 气体粘度，Pa ·s 。

（3）单一球形颗粒悬浮于气流中（图14-16c ）

3/12

/1p p Pr Re 65.02+=λ

αd μ

ρ

u d p p Re =

式中 u ——气体与颗粒的相对运动速度； ρ、μ、Pr ——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2τ 当c X X <时，X ↓，A N ↓，此阶段称为降速干燥阶段，物料从c X 减至2X （*2X X >）所需时

间2τ为

⎰

⎰

-==2

c

2

A

c

2d d X X N X

A

G τττ 若有X N ~A 的干燥数据可用数值积分法或图解积分法求2τ，或假定在降速段A N 与物料的自由含水量*

X X -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)(*A X X K N x -=，式中X K ——比例系数，kg/（m 2·s ·X ∆），即CE 直线斜率，

*

c c A,X X

X N K -=

)()(w H w w

,H H k t t N C A -=-=

γα

则 ⎰⎰-=

--=C

2

2

*X c *X c 2d d X X X X X X X

AK G X X X AK G c

τ *

2*

c X c 2ln X

X X X AK G --=τ 当0*

=X 时此式还原为教材式（14-30）。

将)(*

c c C A ,X X K N -=代入1τ的表达式（14-20）得

*

c c

1X c 1X

X X X AK G --=

τ )ln (*

2*

c *c c 1X c 21X

X X X X X X X AK G --+--=+=τττ *

2*

*

c c 121ln X

X X X X X X X c ----=

ττ

解题指南P 367例17-9

例17-9 某干燥过程干燥介质温度为363K ，湿球温度307K ，物料初始干基含水率为0.45，当干燥了2.5h 后，物料干基含水率为0.15，已知物料临界含水率、平衡含水率分别为0.2、0.04，试求：（1）将物料