化工原理讲稿3(第五章)(天大版)
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GC dX dW U Sd Sd
[kg水/(m2∙s)]
2.干燥阶段：预热段、恒速干燥段、降速干燥段； 3.临界含水量 XC：指恒速干燥和降速干燥段含水量 的交点； 临界干燥速率UC：指恒速干燥阶段的干燥速率；
X C f（物料结构、厚度、分 散程度、空气状态）
4.恒速阶段干燥时间τ1
（三）恒速干燥阶段 前提条件：湿物料表面全部润湿；
1.汽化速率（传质速率）： Gw kH ( H w H ) U [kg水/(m2∙s)] 2.传热速率： Q S (t tw ) Gw S rw
Gw rw (t t w )
3. 恒速干燥速率：
U
rw
(t t w ) kH ( H w H )
1 2 若：X 1 X C X 2 X 1 2 ；
GC Gc ( X c X ) X c X 其中： 1 ( X 1 X C )、 2 ln SU C SU c X 2 X
习题：P295页8、9； 习题8：
湿物料的平衡水分与空气相对湿度φ之间的关系图
【例5-4】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℃，
四、 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 指单位时间、单位干燥面积汽化水分量；
dW U Sd
[kg水/(m2∙s)]
dW GCdX
C
W GC ( X 1 X )
U GSddX
（二）干燥曲线及干燥速率曲线
2
0
GC d dX XC SU
X2
2
Gc / U
XC
X2
GC dX SU
（1）图解积分法
当降速段的U ~ X 呈非线性
变化时，应采用图解积分法；
2
2
0
d Gc
Xc X2
X2
Xc
dX U
o
Gc
dX U
2 Gc
X2
dX X2 U
Xc
Xc X
＝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。
对流干燥的基本规律 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，固定空气的温度、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 空气的温度、湿度和流速在干燥器中恒定不变。实验为间 歇操作，物料的温度和含水量随时间连续变化。
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。
（五）临界含水量 XC
X C f（物料结构、厚度、分 散程度、空气状态）
1. 吸水性强的物料的XC 大于吸水性弱的物料的 XC； 2. 物料层越薄、分散越细， XC 越低；
3. 恒速干燥 uC 越大， XC 越低；
②只与空气的状态有关，而与物料种类无关；
t ( t t w )
H ( H w H )
U C (U )
u , kH
（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
吸湿性物料 (Hygroscopic media)：与水份的亲合能力大。
非吸湿性物料 (Nonhygroscopic media)： 不同物料的干燥机理不同，湿份内扩散机理不同，干燥速
率曲线的形状不同，情况非常复杂，故干燥曲线应由实验
的方法测定。
二、平衡水分与自由水分
1.平衡水分（X *）：不能用干燥方法除去的水分； X* = f（物料种类、空气性质） 吸水性弱的X *小
对于恒速干燥： U=UC=const. ①恒速干燥所需时间： 当X1 当X1 XC时： X2
GC 1 ( X1 X C ) SU C
GC XC时： 1 SU ( X1 X 2 ) C
•UC的来源：
（1）由干燥速率曲线查得 （2） 用 U C (t tw ) kH ( H w H ) 计算
恒速干燥特点：恒速干燥段：物料表面湿润，X > Xc，
汽化的是非结合水；
① U＝UC＝const； ② 物料表面温度为 tw； ③去除的水分为非结合水分； 恒速干燥阶段： ①表面汽化控制阶段：由物料内部向表面输送的水份足以
保持物料表面的充分湿润，干燥速率由水份汽化速率控制 (取决于物料外部的干燥条件)；
X*
t X*
2. 自由水分（X－X*）：可用干燥方法除去的水分；
三、结合水分与非结合水分
1.结合水分：水与物料有结合力，pw< ps；
2. 非结合水分：水与物料无结合力， pw＝ ps；
•结合水分与非结合水分只与物料的性质有关， 而与空气的状态无关； •非结合水分为自由水分； •平衡水分与空气的状态有关，且为结合水分；
GC 1 ( X1 X C ) SU C
5.降速阶段干燥时间τ2
Gc ( X c X ) X c X 2 ln SU c X2 X
3.总干燥时间τ= τ1 +τ2
GC Gc ( X c X ) X c X ln SU ( X 1 X C ) SU X2 X C c
•求取 经验关联式： （1）气体流动方向与物料平行
rw
0.0204G 0.8
G＝2500 ~ 3000
[w/(m2∙k)] 为质量流速 [kg/(m2∙ hr)]
（2）气体流动方向与物料垂直 hr)] 1.17G 0.37 G＝4000 ~ 20000 [kg/(m2·
2.降速阶段干燥时间τ2 当 X C X 2 X 时，进入降速干燥阶段；
求取： 1 2
1 2 解：X 1 X C X 2 X 1 2
GC Gc ( X c X ) X c X 其中： 1 ( X 1 X C )、 2 ln ； SU C SU c X2 X
t，u一定，H X C ，X ，U C ；
*
t，H 一定，u X C ，X *不变，U C ；
五、 恒定干燥条件下干燥时间计算
1.恒速阶段干燥时间τ1
由干燥速率定义式：
GCdX d SU
GCdX U Sd
wk.baidu.com
1
0
d
XC
X1
GC dX SU
一、物料的平衡关系 1.平衡水分（X *）与自由水分（X－X*） 2.结合水分与非结合水分； 3.物料水分=平衡水分+自由水分=非结合水+结合水；
当φ=100%，则平衡水分X*=结合水；
•平衡水分与空气的状态有关，且为结合水分； •结合水分与非结合水分只与物料的性质有关；
二、物料的干燥关系
1.干燥速率定义
1. 干燥曲线：X~τ、θ~τ；
指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；
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 X 、U 不变； CDE段：降速干燥阶段 X , U C点：临界点； •XC：临界含水量； E点：平衡点； •X*：平衡水分；
Xc Xc
3.总干燥时间
1
2
GC Gc ( X c X ) X c X ln SU ( X 1 X C ) SU X2 X C c
P272页、例 5-10题：
Gc GC 已知：X 1、X 2、X C、X 0、U C、 ； S SU C
第三节 干燥速率与干燥时间
一、物料中所含水分性质 1.物料与水分结合方式
•附着水分：湿物料的粗糙外表面附着的水分；
•毛细管水分：多孔性物料的孔隙中所含的水分； •溶胀水分：是物料组成的一部分，可透入物料 细胞壁内，使物料的体积为之增大；
多孔性物料 (Porous media)：湿份主要是借毛细管作用由 内部向表面迁移。 非多孔性物料 (Nonporous media)：借助扩散作用向物料 表面输送湿份，或将湿份先在内部汽化后以汽态形式向表 面扩散迁移。如肥皂、木材、皮革等。
（2）近似计算法
当降速段的U ~ X 呈线性变化时，可采用解析法；
U X X X X U Uc Uc X c X Xc X
降速阶段干燥时间τ2
Gc dX Gc ( X c X ) Gc ( X c X ) X c X dX 2 X X SU c ln X 2 X S X2 U SU c X2
已知：GC、S 列表： 、G、X 、W 、 、U 、 X； G1 GC 其中：X 1 、W1 G2 G1、 1 2 1、 GC W1 X1 X 2 U1 、 X1 ； S 2 制图：U X； 求取：X C、X ；
本节要点：
[kg水/(m2∙s)]
2.干燥阶段：预热段、恒速干燥段、降速干燥段； 3.临界含水量 XC：指恒速干燥和降速干燥段含水量 的交点； 临界干燥速率UC：指恒速干燥阶段的干燥速率；
X C f（物料结构、厚度、分 散程度、空气状态）
4.恒速阶段干燥时间τ1
（三）恒速干燥阶段 前提条件：湿物料表面全部润湿；
1.汽化速率（传质速率）： Gw kH ( H w H ) U [kg水/(m2∙s)] 2.传热速率： Q S (t tw ) Gw S rw
Gw rw (t t w )
3. 恒速干燥速率：
U
rw
(t t w ) kH ( H w H )
1 2 若：X 1 X C X 2 X 1 2 ；
GC Gc ( X c X ) X c X 其中： 1 ( X 1 X C )、 2 ln SU C SU c X 2 X
习题：P295页8、9； 习题8：
湿物料的平衡水分与空气相对湿度φ之间的关系图
【例5-4】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℃，
四、 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 指单位时间、单位干燥面积汽化水分量；
dW U Sd
[kg水/(m2∙s)]
dW GCdX
C
W GC ( X 1 X )
U GSddX
（二）干燥曲线及干燥速率曲线
2
0
GC d dX XC SU
X2
2
Gc / U
XC
X2
GC dX SU
（1）图解积分法
当降速段的U ~ X 呈非线性
变化时，应采用图解积分法；
2
2
0
d Gc
Xc X2
X2
Xc
dX U
o
Gc
dX U
2 Gc
X2
dX X2 U
Xc
Xc X
＝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。
对流干燥的基本规律 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，固定空气的温度、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 空气的温度、湿度和流速在干燥器中恒定不变。实验为间 歇操作，物料的温度和含水量随时间连续变化。
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。
（五）临界含水量 XC
X C f（物料结构、厚度、分 散程度、空气状态）
1. 吸水性强的物料的XC 大于吸水性弱的物料的 XC； 2. 物料层越薄、分散越细， XC 越低；
3. 恒速干燥 uC 越大， XC 越低；
②只与空气的状态有关，而与物料种类无关；
t ( t t w )
H ( H w H )
U C (U )
u , kH
（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
吸湿性物料 (Hygroscopic media)：与水份的亲合能力大。
非吸湿性物料 (Nonhygroscopic media)： 不同物料的干燥机理不同，湿份内扩散机理不同，干燥速
率曲线的形状不同，情况非常复杂，故干燥曲线应由实验
的方法测定。
二、平衡水分与自由水分
1.平衡水分（X *）：不能用干燥方法除去的水分； X* = f（物料种类、空气性质） 吸水性弱的X *小
对于恒速干燥： U=UC=const. ①恒速干燥所需时间： 当X1 当X1 XC时： X2
GC 1 ( X1 X C ) SU C
GC XC时： 1 SU ( X1 X 2 ) C
•UC的来源：
（1）由干燥速率曲线查得 （2） 用 U C (t tw ) kH ( H w H ) 计算
恒速干燥特点：恒速干燥段：物料表面湿润，X > Xc，
汽化的是非结合水；
① U＝UC＝const； ② 物料表面温度为 tw； ③去除的水分为非结合水分； 恒速干燥阶段： ①表面汽化控制阶段：由物料内部向表面输送的水份足以
保持物料表面的充分湿润，干燥速率由水份汽化速率控制 (取决于物料外部的干燥条件)；
X*
t X*
2. 自由水分（X－X*）：可用干燥方法除去的水分；
三、结合水分与非结合水分
1.结合水分：水与物料有结合力，pw< ps；
2. 非结合水分：水与物料无结合力， pw＝ ps；
•结合水分与非结合水分只与物料的性质有关， 而与空气的状态无关； •非结合水分为自由水分； •平衡水分与空气的状态有关，且为结合水分；
GC 1 ( X1 X C ) SU C
5.降速阶段干燥时间τ2
Gc ( X c X ) X c X 2 ln SU c X2 X
3.总干燥时间τ= τ1 +τ2
GC Gc ( X c X ) X c X ln SU ( X 1 X C ) SU X2 X C c
•求取 经验关联式： （1）气体流动方向与物料平行
rw
0.0204G 0.8
G＝2500 ~ 3000
[w/(m2∙k)] 为质量流速 [kg/(m2∙ hr)]
（2）气体流动方向与物料垂直 hr)] 1.17G 0.37 G＝4000 ~ 20000 [kg/(m2·
2.降速阶段干燥时间τ2 当 X C X 2 X 时，进入降速干燥阶段；
求取： 1 2
1 2 解：X 1 X C X 2 X 1 2
GC Gc ( X c X ) X c X 其中： 1 ( X 1 X C )、 2 ln ； SU C SU c X2 X
t，u一定，H X C ，X ，U C ；
*
t，H 一定，u X C ，X *不变，U C ；
五、 恒定干燥条件下干燥时间计算
1.恒速阶段干燥时间τ1
由干燥速率定义式：
GCdX d SU
GCdX U Sd
wk.baidu.com
1
0
d
XC
X1
GC dX SU
一、物料的平衡关系 1.平衡水分（X *）与自由水分（X－X*） 2.结合水分与非结合水分； 3.物料水分=平衡水分+自由水分=非结合水+结合水；
当φ=100%，则平衡水分X*=结合水；
•平衡水分与空气的状态有关，且为结合水分； •结合水分与非结合水分只与物料的性质有关；
二、物料的干燥关系
1.干燥速率定义
1. 干燥曲线：X~τ、θ~τ；
指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；
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 X 、U 不变； CDE段：降速干燥阶段 X , U C点：临界点； •XC：临界含水量； E点：平衡点； •X*：平衡水分；
Xc Xc
3.总干燥时间
1
2
GC Gc ( X c X ) X c X ln SU ( X 1 X C ) SU X2 X C c
P272页、例 5-10题：
Gc GC 已知：X 1、X 2、X C、X 0、U C、 ； S SU C
第三节 干燥速率与干燥时间
一、物料中所含水分性质 1.物料与水分结合方式
•附着水分：湿物料的粗糙外表面附着的水分；
•毛细管水分：多孔性物料的孔隙中所含的水分； •溶胀水分：是物料组成的一部分，可透入物料 细胞壁内，使物料的体积为之增大；
多孔性物料 (Porous media)：湿份主要是借毛细管作用由 内部向表面迁移。 非多孔性物料 (Nonporous media)：借助扩散作用向物料 表面输送湿份，或将湿份先在内部汽化后以汽态形式向表 面扩散迁移。如肥皂、木材、皮革等。
（2）近似计算法
当降速段的U ~ X 呈线性变化时，可采用解析法；
U X X X X U Uc Uc X c X Xc X
降速阶段干燥时间τ2
Gc dX Gc ( X c X ) Gc ( X c X ) X c X dX 2 X X SU c ln X 2 X S X2 U SU c X2
已知：GC、S 列表： 、G、X 、W 、 、U 、 X； G1 GC 其中：X 1 、W1 G2 G1、 1 2 1、 GC W1 X1 X 2 U1 、 X1 ； S 2 制图：U X； 求取：X C、X ；
本节要点：