第十章干燥技术介绍

1.4干燥速度——对流干燥为例
干燥曲线和干燥速率曲线 Drying curve and drying-rate curve 对一定干燥任务，干燥器尺寸取决于干燥时间和干燥速率。 由于干燥过程的复杂性，通常干燥速率不是根据理论进行 计算，而是通过实验测定的。 为了简化影响因素，干燥实验都是在恒定干燥条件下进行 的，即在一定的气－固接触方式下，固定气体的温度、湿 度和流过物料表面的速度进行实验。 为保证恒定干燥条件，采用大量空气干燥少量物料，以使 气体的温度、湿度和流速在干燥器中恒定不变。实验为间 歇操作，物料的温度和湿含量随时间连续变化。
p 100% ps
值越低，气体偏离饱和的程度越远，吸湿潜力越大； =100% 时，p=ps，气体被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿。
如果物料形状是不规则的，干燥面积不 易求出，则可使用干燥速率进行计算。
式中：U —— 干燥器的干燥速率，kg/s； W —— 汽化水份量，kg； Gc —— 绝干物料的质量，kg；
干燥曲线和干燥速率曲线 干燥速率曲线：干燥速率 U 或干燥速度 N 与湿含量 X 的关 系曲线。干燥过程的特征在干燥速率曲线上更为直观。 由于物料预热段很短，通常将其 并入恒速干燥段； 以临界湿含量 Xc 为界，可将干燥 过程只分为恒速干燥和降速干燥 两个阶段。
一、湿空气的状态参数

干球温度 t ：湿气体的真实温度，简称温度（℃ 或 K）。将温度计直接插在湿气体中即可测量。

系统总压 P ：即湿气体的总压。干燥过程中系统 总压基本上恒定不变。 干燥操作通常在常压下进行，热敏性物料的干燥 一般在减压下操作。

湿份的表示方法 湿份分压（Moisture partial pressure） 湿气体中湿份蒸汽的压力，用 p 表示（kpa ）； 当气体为湿份蒸汽所饱和时，湿份分压达到最大值，即系统 温度下湿份的饱和蒸汽压。
G c dX dW N Ad A d
如果物料的形状规则，干燥面积容 易求出，使用干燥速度较为方便。
式中：N —— 干燥器的干燥速度，kg/(m2· s)； A —— 物料表面积，即干燥面积，m2。 干燥速率U：干燥器单位时间内汽化的湿分量 (kg湿分/s)。 微分形式为，
dW dX U Gc d d
D
t
tw A
B C 干燥时间
降速干燥段 (Falling-rate period)： 物料开始升温，X 变化减慢，气体传给物料的热量仅部分用 于湿份汽化，其余用于物料升温，当 X = X* ， = tW。
干燥速度和干燥速率的定义 干燥速度 (干燥通量) N：干燥器单位时间内在物料单位表面 积上汽化的湿分量（kg湿分/(m2· s)）。微分形式为
p H 0.622 P p 总压一定时，气体的湿度只与湿份蒸汽的分压有关。
相对湿度（Relative humidity） 湿度只表示湿气体中所含湿份的绝对数，不能反映气体偏离 饱和状态的程度（气体的吸湿潜力）。 相对湿度：一定的系统总压和温度下，气体中湿份蒸汽的分 压 p 与系统温度下湿份的饱和蒸汽压 ps 之比。
绝对湿度(湿度) H（Humidity）
湿气体中湿份蒸汽的质量与绝干气体的质量之比。若湿份蒸 汽和绝干气体的摩尔数 (nw, ng) 和摩尔质量 (Mw , Mg)
nw M w M w p H ng M g Mg P p
kg湿份蒸汽/kg绝干气体
对于空气-水系统： Mw=18.02kg/kmol，Mg=28.96 kg/kmol
第十章 干燥技术
内容简介
干燥速度
湿空气和物料中水分的性质
干燥过程
干燥设备及其应用
第一节 干燥速度
1.1干燥的意义

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延长贮藏
用于某些样品加工过程以改善加工品质 -----便于后加工。 便于商品流通

1.2 干燥的策略
宏观的产品干燥涉及到很多方面： （1）在提取分离纯化的过程中提高临界相对湿度， 防止吸湿 纯化技术如水提醇沉法或醇提水沉法、高速离心 法、膜过滤法、大孔树脂吸附法、絮凝沉淀法 等方法均因可减少无效成分、降低出膏量，起 到防潮作用。 （2）选择适当辅料，减少吸湿量，防止产品吸湿
（3）改进干燥技术 肽类产品难以干燥，以及干燥后的粉料软化点低 和吸湿性强的特点，对此可以采用减压干燥、冷 冻干燥、喷雾干燥等方法,其中喷雾干燥干燥效率 较高。 （4）采用防潮包装减慢吸湿速度，防止产品吸湿 （5）在贮存过程中减慢吸湿速度，防止制剂吸湿 目前，医药保健品中主要有3种典型干燥剂产品： 硅胶干燥剂、黏土干燥剂和分子筛干燥剂。
1.3干燥的分类
1、按操作压力分：常压干燥和真空干燥 2、按操作方式分：连续式干燥和间歇式干燥 3、按给湿物料提供热能的方式分： 传导干燥：将热能以传导的方式通过金属壁面传给湿物料。 特点：热能利用率高。 对流干燥：将热能以对流的方式传给与其直接接触的湿物料。 特点：热能利用率比传导干燥低。 辐射干燥（光波）：热能以电磁波的形式由辐射器发射，射 至湿物料表面被其吸收再转变为热能。 介电加热干燥（微波）：将需要干燥的物料臵于高频电场的 交变作用使物料加热而达到干燥。
干燥曲线和干燥速率曲线 干燥曲线：物料湿含量 X 与干燥时间 的关系曲线。 预热段(Pre-heat period)： 初始湿含量 X1 和温度 1 变为 X 和 tw 。物料吸热升温以提高汽 化速率，但湿含量变化不大。
湿含量X A B
预热段
C Xc
恒速段
降速段
D
X*
物料表面温度
恒速干燥段(Constant-rate period)： 物料温度恒定在 tw，X~ 变化呈 直线关系，气体传给物料的热量 全部用于湿份汽化。
干燥速率 U 或 N C
I
B A
C’
II
D D
设物料的初始湿含量为 X1，产品 湿含量为 X2： 当 X1＞Xc 和 X2＜Xc 时，干燥有 两个阶段； 当 X1＜Xc 或 X2＞Xc 时，干燥都 只有一个阶段，即恒速干燥段。
物料温度
tw
C
B A
X*
Xc
湿含量 X
第二节 湿空气和物料中水分的性质