第八章干燥五、干燥过程的机理

非结合水分和 自由水分: 一部分容易除 去的结合水分 平衡水分： 不能除去的结 合水分
结论 平衡水分一定是结合水分； 自由水分包括了全部非结合水分和 一部分结合水分。 主讲教师:沈吉林
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化工原理
物料内水分=平衡水分+自由水分
=结合水分+非结合水分 自由水分=非结合水分+部分结合水分
主讲教师:沈吉林
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化工原理
例题分析 在常压25℃下，水分在ZnO与空气间的平衡关 系为：相对湿度 ＝100%，平衡含水量X*＝ 0.02 kg水/kg干料；相对湿度 ＝40%，平衡 含水量X*＝0.007 kg水/kg干料；现ZnO的含水 量为0.25 kg水/kg干料，令其与25℃， ＝
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化工原理
结合水分和非结合水分的划分
非结合水分
湿含量 X
总水分 0
结合水分
0.2 0.4
0.6
0.8
1.0
相对湿度
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化工原理
几种水分的划分
非结合水分
湿含量 X
自由水分
总水分 0
平衡水分
结合水分
0.2 0.4
0.6
0.8
1.0
相对湿度
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化工原理
湿物料 的水分
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化工原理
4、用相对湿度为0. 6的空气干燥含水量为0.43（干 基）的湿木材。木材水份含量和空气相对湿度的关 系如图所示。 则平衡水份＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿； 自由水份＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿； 非结合水份＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
相 对 湿 度
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化工原理
在干燥时，当湿物料中的含水量大于该 条件下的平衡含水量，与湿空气接触，湿物料 表面水分汽化，向湿空气中扩散，同时湿物料 内部的水分借扩散作用向表面移动并汽化；也 就是说干燥过程中，同时进行内部扩散和表面 汽化；实际上，在干燥干燥时，物料表面水分 汽化速率大于内部扩散速率，则称为内部扩散 控制，反之，则为表面汽化控制。
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化工原理
三、固体物料的干燥机理
干燥过程：当湿物料与不饱和空气接触 时，X 向 X* 接近，干燥过程的极限为 X*。
吸湿过程：若 X<Xh ，则物料将吸收饱 和气体中的水分使湿含量增加至湿含量 Xh，即 最大吸湿湿含量，物料不可能通过吸收饱和气 体中的湿份使湿含量超过 Xh。
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吸水性弱 X*
X* 小
t X*
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化工原理
物料的平衡含水量与空气的相对湿度百分数的关系
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( 平 衡 含 水 量 )X
相对湿度
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化工原理
自由水分 物料中所含的大于平衡 水分的那部分水分，即干燥中能够除去的 水分，称为自由水分。
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化工原理
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化工原理
2、平衡水分和自由水分 平衡水分（X*） 概念：与一定状态的空气接触，达到平 衡时湿物料的含水量，kg水分/kg绝干料； 影响因素：平衡水分与物料种类、空 气状态有关；
平衡水分是湿物料在一定的空气状态 下干燥的极限；
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化工原理
2、平衡水分和自由水分
平衡水分（X*）
平衡水分不仅取决于气体的状态，还与 物料的种类有很大的关系。物料的平衡含水量 随相对湿度增大而增大，当φ ＝0时，X* ＝0， 即只有在绝干空气中才有可能获得绝干物料。
3. 已知某物料含水量X= 0.4kg水.kg-1绝干料，从该物料干燥速率 曲线可知：临界含水量Xc= 0.25kg水.kg-1绝干料，平衡含水量 X*=0.05kg 水.kg-1绝干料，则物料的非结合水分为0.15 结合水分为 0.25 ，自由水分为 0.35 ，可除去的结合水分为0.2。
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二、结合水分与非结合水分 一定干燥条件下，水分除去的难易， 分为结合水与非结合水。
1、非结合水分：
⑴与物料机械形式的结合，附着在物料表面的水； ⑵具有和独立存在的纯水相同的蒸汽压和汽化能力； ⑶在干燥时容易除去。
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化工原理
二、结合水分与非结合水分 2、结合水分： 结合水分按结合方式可分为：吸附水分、 毛细管水分、溶胀水分(物料细胞壁内的水分) 和化学结合水分(结晶水)。 化学结合水分与溶胀水分(物料细胞壁 内的水分)以化学键形式与物料分子结合，结合 力较强，难汽化； 吸附水分和毛细管水分以物理吸附方 式与物料结合，结合力相对较弱，易于汽化。 主讲教师:沈吉林
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。 主讲教师:沈吉林
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化工原理
习题
1. 在一定温度下，物料中结合水分和非结合水分的划分是根据物料 的性质而定的；平衡水分和自由水分是根据物料的性质和接触的空气 状态而定的。 2. 在一定空气状态下干燥某物料，能用干燥方法除去的水分为自由 水分；首先除去的水分为非结合水分；不能用干燥方法除的水分为平 衡水分。
化工原理
干燥过程的机理
一、平衡水分和自由水分 二、结合水分和非结合水分 三、固体物料的干燥机理
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化工原理
一、平衡水分和自由水分
在干燥过程中，水分的传递方向 (干燥或 吸湿) 和限度 (干燥程度) 由水分在气体和固 体两相间的平衡关系决定。 1、平衡状态：
当含水量为 X 的湿物料与一定温度及湿度 的不饱和湿空气接触时，物料将失去自身的水 分或吸收湿空气中的水分，直到水分在物料表 面的蒸汽压等于湿空气中的水汽分压，此时即 为平衡状态。 主讲教师:沈吉林