【文章內(nèi)容簡介】 LI2 物料 G1I’1 G2I’2 加入 Qp+QD 損失 QL Q=Qp+QD =L(I2I0)+Gc(I’2I’1)+QL 干燥系統(tǒng)的熱量消耗： LmLmvgDpQGctwttLQGctcrwttLcQ????????????????)()()()()()(122021220222 qqqqLmLmvgDpQGctwttLQGctcrwttLcQ????????????????)()()()()()(122021220222 qqqq 由上式可以看出：向系統(tǒng)輸入的熱量用于：加熱空氣、蒸發(fā)水分、加熱物料、熱損失等四個(gè)方面。 Qp=L(I1I0) 預(yù)熱器的熱量消耗： 一般地，廢氣溫度低而濕度高時(shí)， h 就高。但 t2 應(yīng)比 tas高 20~50℃ 。 干燥器的熱效率： %100)(Dp1w2 ?????ctW p ?h%100)(Dp2 ????tW%1 0 0?? 量向干燥系統(tǒng)輸入的總熱 蒸發(fā)水分所需的熱量h?使離開干燥器的空氣溫度降低，濕度增加（注意吸濕性物料）； ?提高熱空氣進(jìn)口溫度（注意熱敏性物料）； ?廢氣回收，利用其預(yù)熱冷空氣或冷物料； ?注意干燥設(shè)備和管路的保溫隔熱，減少干燥系統(tǒng)的熱損失。 提高熱效率的措施 將熱量衡算式各項(xiàng)除以 W L12cD12 )39。39。()( qIIWGqIIl ?????121HHl ??L12cD1212 )39。39。( qIIWGqHHII ???????? 根據(jù) ? 的值，把干燥器分成等焓干燥器和非等焓 干燥器兩大類。 四、空氣通過干燥器的狀態(tài)變化 Q=Qp+QD =L(I2I0)+Gc(I’2I’1)+QL Qp=L(I1I0) （一） ? ?0， 理想 干燥器或等焓干燥器 （二） ? ??0， 又分 ? 0和 ? 0兩種情況 t0 t2 t1 H0 H2 A B C C’ t0 t2 t1 H0 H2 A B C C’ [例 1112]噴霧干燥奶粉時(shí)所用的新鮮空氣 t0=25℃ ， j0=80%， 空氣經(jīng)預(yù)熱至 150℃ 后進(jìn)入干燥室，排出廢氣的相對(duì)濕度 j2=10%，設(shè)濃奶進(jìn)入干燥室的溫度為 50℃ ，干燥器對(duì)外界 的熱損失為 209kJ/kg水分，物料進(jìn)出干燥器帶入的熱量為 146kJ/kg水分。 試求汽化 1kg水分所需的空氣量。 =0+146209 =63kJ/kg水分 L12cD1212 )39。39。( qIIWGqHHII ????????解： H— I圖上確定 A點(diǎn)，讀出 H0、 I0的值； B點(diǎn)，讀出 I1的值 。 ： B點(diǎn)等 I線上任一點(diǎn)，定 H2，由?=(I2I1)/(H2H1)，求得 I2，然后由 H I2定出輔助點(diǎn)。 B點(diǎn)與此輔助點(diǎn)，并延長交等 j（ j=10%）線于 C， BC線即為干燥器內(nèi)空氣狀態(tài)變化過程。從圖中讀得 H2=5. l=1/(H2H1)=1/()= /kg水分 [例 1114]用噴霧干燥法制造奶粉，所用的新鮮空氣 t0=25℃ ， j0=80%，經(jīng)預(yù)熱至 150℃ 后進(jìn)入干燥室，排出廢氣的相對(duì) 濕度為 10%。設(shè)進(jìn)入干燥器的牛奶溫度為 50℃ ，干燥器對(duì) 外的熱損失為 209kJ/kg水分 ，物料進(jìn)出干燥器帶入的凈熱 量為 146kJ/kg水分，試求汽化 1kg所需的空氣量。 解： L12cD1212 )39。39。( qIIWGqHHII ????????由題意 ?=0+146209= 63kJ/kg水分 ps0= p1= = H0= ()= kg/kg干空氣 =H1 I1=(+ ) 150+2490 =由： ()/()= 63 得： I2= 而： I2=(+)t2+2490H2 將上兩式聯(lián)立，只要已知 H2或 t2就可以求解。但題中已知 的是 j2 ，故必須用試差法求解。 設(shè) t2=86℃ =(+) 86+2490H2 H2= p2=pTH2/(+H2)= 查表， H2對(duì)應(yīng) ps2= j2= 與題中條件相符 l=1/(H2H1)=1/()= /kg水分 [例 1111]某糖廠干燥器的生產(chǎn)能力為 4030kg/h(產(chǎn)品 )。含水 分 %的濕糖于 31℃ 下進(jìn)入干燥器，產(chǎn)品含水分 %， 溫度為 36℃ 。新鮮空氣溫度為 20℃ ，濕球溫度為 17℃ ，用絕 對(duì)壓強(qiáng)為 200kPa的飽和蒸汽預(yù)熱至 97℃ 后進(jìn)入干燥器，從干 燥器排出的廢氣溫度為 40℃ ，濕球溫度為 32℃ 。已知產(chǎn)品平 均比熱容為 ()。試求：（ 1）預(yù)熱器消耗的蒸汽量； （ 2）干燥器的散熱損失；（ 3）干燥器的熱效率。 解：（ 1） W=G2(w1w2)/(1w1) =4030 ()/()= 由 H— I圖查得： I0= H0= H2= L=W/(H2H0)=()=2620kg干空氣 /h Qp=L(I1I0)=2620 ()=198000kJ/h 200kPa下蒸汽的潛熱為 加熱蒸汽 D=Qp/r=198000/= （ 2）將進(jìn)料分為被汽化水分和產(chǎn)品兩部分，則物料帶走 的熱量為： Gc(I2’I1’)=G2cpg(q2q1)Wcpwq1 =4030 (3631) 31=19600kJ/h QL=L(I1I2)+QDGc(I2’I1’) =2620 (125113)+019600=11840kJ/h （ 3） h=W(2490+)/Qp = (2490+ 40)/198000=% （三）中間加熱干燥過程 目的： 降低熱空氣溫度。 適用于熱敏性物料。 預(yù)熱 干燥 新鮮空氣 廢氣 加熱 干燥 （四）部分廢氣循環(huán)干燥過程 預(yù)熱 干燥 新鮮空氣 廢氣 目的：降低干燥推動(dòng)力。適用于干燥太快時(shí)易翹 曲、開裂、變形的物料。 此外，可精確靈敏地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度。 第三節(jié) 干燥動(dòng)力學(xué) 一 物料中的水分 （一）濕物料中的水分 水分活度： 水蒸氣分壓 pv與同溫度下純水的飽和蒸氣壓 ps之比。 物料的水分活度與其 含水量 和 溫度有關(guān)。一定溫度下水分活度與含水量的關(guān)系曲線稱為 吸著等溫線 。 aw 含水量 水分活度不僅與物料的貯藏性有關(guān)，而且決定了干燥進(jìn)行的方向。 awφ時(shí)，吸附水分 ； aw=φ時(shí)，達(dá)到平衡 ； awφ時(shí)，解吸水分（干燥）； 馬鈴薯吸著等溫線 （二）平衡水分 (equilibrium water)和自由水分 (free water) 劃分依據(jù)：物料所含水分能否用干燥方法除去。 物料中的水分與一定溫度 t、相對(duì)濕度 φ的不飽和濕空氣達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)物料所含水分稱為該空氣條件 (t、 φ )下物料的平衡水分 。 在干燥過程中能除去的水分只是物料中超出平衡水分的那一部分，稱為 自由水分 。 ?平衡水分隨物料的種類及空氣的狀態(tài) (t， φ)不同而異。 ?平衡水分代表物料在一定空氣狀況下可以干燥的限度。 平衡水分或平衡含水量 X*與空氣相對(duì)濕度關(guān)系曲線。 空氣相對(duì)濕度 =0，平衡水分 =0.即只有與絕干空氣接觸，才可獲得理論上的絕干物料。 （ 1）化學(xué)結(jié)合（結(jié)晶水） （ 2）物化結(jié)合（吸附水、結(jié)構(gòu)水） （ 3）機(jī)械結(jié)合（毛細(xì)管水、潤濕水、孔隙水） （三）結(jié)合水分 (bound water)與非結(jié)合水分 (unbound water) 劃分依據(jù)：根據(jù)物料與水分結(jié)合力的狀況 1 結(jié)合水分 特點(diǎn)： ：包括物料細(xì)胞壁內(nèi)的水分、物料內(nèi)毛細(xì)管中的水分、及以結(jié)晶水的形態(tài)存在于固體物料之中的水分等。 籍化學(xué)力或物理化學(xué)力與物料相結(jié)合的，由于結(jié)合力強(qiáng)，其蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，致使干燥過程的傳質(zhì)推動(dòng)力降低，故除去結(jié)合水分較困難。 2 非結(jié)合水分 包括機(jī)械地附著于固體表面的水分，如物料表面的吸附水分、較大孔隙中的水分等。 特點(diǎn)：物料中非結(jié)合水分與物料的結(jié)合力弱，其蒸汽壓與同溫度下純水的飽和蒸汽壓相同，干燥過程中除去非結(jié)合水分較容易。 ?物料的結(jié)合水分和非結(jié)合水分的劃分只取決于物料本身的性質(zhì)，而與干燥介質(zhì)的狀態(tài)無關(guān)； ?平衡水分與自由水分則還取決于干燥介質(zhì)的狀態(tài)。干燥介質(zhì)狀態(tài)改變時(shí)，平衡水分和自由水分的數(shù)值將隨之改變。 強(qiáng)調(diào)： 物料的總水分、平衡水分、自由水分、結(jié)合水分、非結(jié)合水分之間的關(guān)系見圖示。 總水分 自由水分 平衡水分 非結(jié)合水分 結(jié)合水分 x* x0 x1 空氣相對(duì)濕度 φ 100% 物料的含水量 0 總結(jié)： （ 1）對(duì)同一狀態(tài)的空氣，不同物料有不同的平 衡含水量。 （ 2）一般地， X*=f(t， j)。 （ 3） j =0時(shí)對(duì)應(yīng)的 X*=0，即絕干物料。 [例 1115]試求馬鈴薯在 20℃ 和 j=60%的空氣中的平衡濕含 量。今有濕含量 w1=79%（濕基）的馬鈴薯 1t，問在上述 介質(zhì)中進(jìn)行干燥可能除去的最大水分含量是多少？不能除 去的水分含量是多少？ 解： （ 1）根據(jù)馬鈴薯的平衡水分曲線， 在空氣相對(duì)濕度為 60%時(shí) 平衡濕含量 X*= /kg干料 （ 2）干料量 Gc=1000 ()=210kg/h 水分總量 W’=1000210=790kg/h 初濕含量（干基） X1=()= 可除去的水分 Gc(X1X*)=210 ()=758kg/h （ 3）不能除去的水分 790758=32kg/h 1．外部傳熱和傳質(zhì) 外部傳熱和傳質(zhì)的阻力都集中在稱為氣膜的邊界層中。 二 干燥機(jī)理 （一）干燥過程中的傳熱和傳質(zhì) 外部傳熱是對(duì)流傳熱 ，其 熱流密度為： q=?(TTs) 造成該分壓的原因是： 外部的傳質(zhì)推動(dòng)力 水分由物料內(nèi)部擴(kuò)散到表面后，便在 表面氣化 ，可認(rèn)為在表面附近存在一層氣膜，在氣膜內(nèi)水蒸氣分壓大于物料中水分的蒸氣壓，水分在氣相中的傳質(zhì)推動(dòng)力為此蒸氣壓與氣相主體中水蒸氣分壓之差。 ?對(duì)對(duì)流干燥，由于介質(zhì)的不斷流動(dòng)，帶走氣化的水分； ?對(duì)真空干燥而言，則是氣化的水分被真空泵抽走。 —— 分壓之差 2．內(nèi)部傳熱和傳質(zhì) 固體物料內(nèi)的傳熱是熱傳導(dǎo) 。物料內(nèi)部的傳質(zhì)可以 是下面幾種機(jī)理的一種或幾種的結(jié)合： （ 1）液態(tài)擴(kuò)散 （ 2）氣態(tài)擴(kuò)散 （ 3）毛細(xì)管流動(dòng) （ 4）熱流動(dòng) 濕物料表面水分的汽化，遂形成物料內(nèi)部與表面的濕度差，促使物料內(nèi)部的水分向表面移動(dòng)。 在干燥過程中物料內(nèi)外的溫度不一致，溫度梯度促使水分傳遞（稱為熱導(dǎo)濕），方向是從高溫到低溫。 1 濕度梯度的形成 2 溫度梯度的形成 水分的內(nèi)部擴(kuò)散和表面汽化是同時(shí)進(jìn)行的，但在干燥過程的不同階段其速率不同，從而控制干燥速率的機(jī)理也不相同。原因在于受到物料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、濕度等條件和干燥介質(zhì)的影響。 （二）表面汽化控制和內(nèi)部擴(kuò)散控制