1、6.3 湿物料中水分的性质湿物料中水分的性质1.1.湿物料水分含量的表示方法湿物料水分含量的表示方法 湿物料是湿物料是绝干固体绝干固体与与液态湿分液态湿分的混合物。的混合物。湿基含水量湿基含水量 w w：水分在湿物料中的质量百分数。水分在湿物料中的质量百分数。%100物料总质量水分质量w/kgkg水分湿料干基含水量干基含水量 X X：湿物料中的水分与绝干物料的质量比。：湿物料中的水分与绝干物料的质量比。绝干物料总质量水分质量X换算关系：换算关系： wwX1XXw1 工业生产中，物料湿含量通常以湿基含水量表示工业生产中，物料湿含量通常以湿基含水量表示，但，但由于物料的总质量在干燥过程中不断减少，
2、而绝干物料的由于物料的总质量在干燥过程中不断减少，而绝干物料的质量不变，质量不变，故在干燥计算中以干基含水量表示较为方便。故在干燥计算中以干基含水量表示较为方便。 /kgkg水分干料2.2.平衡水分和自由水分平衡水分和自由水分 根据物料在一定干燥条件下其所含水分能否用干燥根据物料在一定干燥条件下其所含水分能否用干燥方法除去，分为方法除去，分为平衡水分平衡水分与与自由水分自由水分。干燥过程干燥过程：当湿物料与湿空气接触时，物料表面的水汽分压：当湿物料与湿空气接触时，物料表面的水汽分压大于大于空气中的水汽分压，干燥顺利进行。空气中的水汽分压，干燥顺利进行。返潮过程返潮过程：当湿物料表面的水汽分压：
3、当湿物料表面的水汽分压小于小于空气中的水汽分压，空气中的水汽分压，物料将吸收空气中的水分，发生返潮。物料将吸收空气中的水分，发生返潮。平衡状态平衡状态：当湿物料与表面的水汽分压：当湿物料与表面的水汽分压等于等于空气中的水汽分空气中的水汽分压，两者处于动态平衡，湿物料中水分含量为一定值，这个含水压，两者处于动态平衡，湿物料中水分含量为一定值，这个含水量称为平衡水分，用量称为平衡水分，用X*表示。表示。平衡水分：等于平衡含水量平衡水分：等于平衡含水量 X* 的水分，是不可除水分。的水分，是不可除水分。自由水分：高于平衡含水量自由水分：高于平衡含水量 X* 的水分，是可除水分。的水分，是可除水分。0
4、0.20.40.60.81.00.10.20.3烟叶木材氯化锌优质纸湿含量 X相对湿度 3.3.结合水分和非结合水分结合水分和非结合水分 根据湿物料中水分除去的难易程度来划分，物料中的根据湿物料中水分除去的难易程度来划分，物料中的水可分为水可分为结合水结合水和和非结合水非结合水。结合水分结合水分：与物料存在某种形式的结合，其汽化能力比：与物料存在某种形式的结合，其汽化能力比独立存在的水要低，蒸汽压或汽化能力与水分和物料结合力独立存在的水要低，蒸汽压或汽化能力与水分和物料结合力的强弱有关。的强弱有关。非结合水分非结合水分：与物料机械形式的结合，附着在物料表面的水，：与物料机械形式的结合，附着在物
5、料表面的水，具有和独立存在的水相同的蒸汽压和汽化能力。具有和独立存在的水相同的蒸汽压和汽化能力。湿含量 XXh相对湿度 非结合水分结合水分自由水分平衡水分X*01.00.5两种分类方法的不同：两种分类方法的不同：自由水分自由水分是在干燥中可以除去的水分，而是在干燥中可以除去的水分，而平衡水分平衡水分是不能除去的，自由水是不能除去的，自由水分和平衡水分的划分除与物料有关外，还决定于空气的状态。分和平衡水分的划分除与物料有关外，还决定于空气的状态。非结合水分非结合水分是在干燥中容易除去的水分，而是在干燥中容易除去的水分，而结合水分结合水分较难除去。是结合水较难除去。是结合水还是非结合水仅决定于固体
6、物料本身的性质，与空气状态无关。还是非结合水仅决定于固体物料本身的性质，与空气状态无关。6.4 干燥速率干燥速率1.干燥速率曲线干燥速率曲线在恒定条件下（空气温度、湿度、流速及其与物料的接触状在恒定条件下（空气温度、湿度、流速及其与物料的接触状况保持恒定），定时测定物料的质量变化，并记录每一时间间隔况保持恒定），定时测定物料的质量变化，并记录每一时间间隔内物料质量变化及物料表面温度，直至物料的质量恒定为止。内物料质量变化及物料表面温度，直至物料的质量恒定为止。m2（1 1）恒速干燥阶段）恒速干燥阶段由物料内部向表面输送的水分由物料内部向表面输送的水分足以保持物料表面的充分湿润，足以保持物料表面
7、的充分湿润，干干燥速率由水分汽化速率控制燥速率由水分汽化速率控制( (取决取决于物料外部的干燥条件于物料外部的干燥条件) )，故恒速，故恒速干燥段又称为干燥段又称为表面汽化控制阶段。表面汽化控制阶段。 随着干燥过程的进行，物料内部随着干燥过程的进行，物料内部水分迁移到表面的速率已经水分迁移到表面的速率已经小于小于表表面水分的汽化速率。物料表面不能面水分的汽化速率。物料表面不能再维持全部润湿，再维持全部润湿，而出现部分而出现部分“干干区区”，即实际汽化表面减少，即实际汽化表面减少 。当物。当物料全部表面都成为干区后，料全部表面都成为干区后，水分的水分的汽化面逐渐向物料内部移动，汽化面逐渐向物料内
8、部移动，传热传热是由空气穿过干料到汽化面，汽化是由空气穿过干料到汽化面，汽化的水分又从湿表面穿过干料到空气的水分又从湿表面穿过干料到空气中，中，降速干燥阶段又称为物料内部降速干燥阶段又称为物料内部迁移控制阶段。迁移控制阶段。 干燥速率曲线由恒速干燥阶干燥速率曲线由恒速干燥阶段转为降速干燥阶段的转折点段转为降速干燥阶段的转折点（C点）称为临界点，对应的含点）称为临界点，对应的含水量称为临界含水量，水量称为临界含水量，Xc表示。表示。2.影响干燥速率的因素影响干燥速率的因素（1）物料的性质和形状）物料的性质和形状 湿物料的化学组成、物理结构、形湿物料的化学组成、物理结构、形状和大小、物料层的薄厚等
9、。状和大小、物料层的薄厚等。（2）物料的温度）物料的温度 物料温度越高，干燥速率越大。物料温度越高，干燥速率越大。（3）干燥介质的温度和湿度）干燥介质的温度和湿度（4）干燥介质的流速与流向）干燥介质的流速与流向（5）干燥器的构造）干燥器的构造6.5 干燥器干燥器1.对干燥设备的基本要求对干燥设备的基本要求（1）能保证干燥产品的质量要求，如含水量、强度、形状等。）能保证干燥产品的质量要求，如含水量、强度、形状等。（2）要求干燥速率快、干燥时间短，以减小干燥器的尺寸、）要求干燥速率快、干燥时间短，以减小干燥器的尺寸、降低耗能量，同时还应考虑干燥器的辅助设备的规格和成本，即降低耗能量，同时还应考虑干
10、燥器的辅助设备的规格和成本，即经济性要好。经济性要好。（3）操作控制方便，劳动条件好。）操作控制方便，劳动条件好。 （1）厢式干燥器）厢式干燥器进风排气物料盘加热器风扇小车厢内设有支架，湿物料放在厢内设有支架，湿物料放在矩形浅盘内，或悬挂在支架矩形浅盘内，或悬挂在支架上上( (板状物料板状物料) )，空气经加热，空气经加热器预热并均匀分配后，平行器预热并均匀分配后，平行掠过物料表面，离开物料表掠过物料表面，离开物料表面的湿废气体，部分排空，面的湿废气体，部分排空，部分循环，与新鲜空气混合部分循环，与新鲜空气混合后用作干燥介质。后用作干燥介质。2.常用干燥器常用干燥器优点：优点： 结构简单，可以
11、用于干燥小批量的结构简单，可以用于干燥小批量的粒状、片状、膏状和较贵重的物料。粒状、片状、膏状和较贵重的物料。适用于小规模、实验室生产。适用于小规模、实验室生产。缺点：缺点： 物料不能翻动、干燥不均匀、装卸物料不能翻动、干燥不均匀、装卸劳动强度大。劳动强度大。（2）转筒干燥器）转筒干燥器 干燥器主体为一沿轴向装有若干抄板的圆筒。圆筒略呈倾斜放置，干燥器主体为一沿轴向装有若干抄板的圆筒。圆筒略呈倾斜放置，在齿轮机构的驱动下作旋转运动；在齿轮机构的驱动下作旋转运动； 物料由转筒的较高一端送入，由较低端卸出，热风由转筒的较低端物料由转筒的较高一端送入，由较低端卸出，热风由转筒的较低端吹入，由较高端排
12、出，气固两相呈逆流接触；吹入，由较高端排出，气固两相呈逆流接触；(1) (1) 生产能力较大，干燥介质通生产能力较大，干燥介质通过转筒的阻力较小；过转筒的阻力较小；( (2 2) ) 可用于干燥粒状或块状物料，可用于干燥粒状或块状物料，操作稳定方便，运行费用较低；操作稳定方便，运行费用较低；( (3 3) ) 装置比较笨重，金属耗材多，装置比较笨重，金属耗材多，传动机构复杂，维修量较大；传动机构复杂，维修量较大；( (4 4) ) 设备投资高，占地面积大。设备投资高，占地面积大。（3）气流干燥器）气流干燥器气流干燥器气流干燥器1-1-加料斗；加料斗；2-2-螺旋加料器；螺旋加料器；3-3-干燥
13、器；干燥器；4-4-风机；风机；5-5-预热器；预热器；6-6-旋风分离器；旋风分离器；7-7-湿式除尘器湿式除尘器(1) (1) 干燥速度快，干燥速度快，气固两相间具有很大的传热传质面积。同等生产能力气固两相间具有很大的传热传质面积。同等生产能力条件下，气流干燥器的体积小得多。条件下，气流干燥器的体积小得多。(2 2) ) 干燥时间短，干燥时间短，物料从进入干燥器开始，到气固两相脱离接触，整个物料从进入干燥器开始，到气固两相脱离接触，整个干燥过程不干燥过程不超过超过5-105-10秒钟秒钟，因而气流干燥又称为快速干燥或闪蒸干，因而气流干燥又称为快速干燥或闪蒸干燥，特别适合于热敏性物料的干燥。
14、燥，特别适合于热敏性物料的干燥。( (3 3) ) 气流干燥器中，固体物料呈活塞流流动，每一颗粒子经历的干燥时气流干燥器中，固体物料呈活塞流流动，每一颗粒子经历的干燥时间大致相同，因而间大致相同，因而干燥产品的湿含量均匀一致干燥产品的湿含量均匀一致。( (4 4) ) 结构简单，设备投资少，占地面积小，操作方便，性能稳定，维修结构简单，设备投资少，占地面积小，操作方便，性能稳定，维修量小。量小。(1)(1)颗粒颗粒破碎现象比较严重，颗粒之间以及颗粒与器壁之间的破碎现象比较严重，颗粒之间以及颗粒与器壁之间的碰撞与摩擦。故不适合于干燥晶形不允许破坏的物料；碰撞与摩擦。故不适合于干燥晶形不允许破坏的
15、物料；(2)(2)气体气体通过干燥系统的流动阻力较大，因而风机的动力消耗通过干燥系统的流动阻力较大，因而风机的动力消耗较高，故总能耗较高较高，故总能耗较高。(3)(3)设备太高（干燥管通常在设备太高（干燥管通常在10m10m以上），旋分分离器负荷太大以上），旋分分离器负荷太大。（4）沸腾床干燥器）沸腾床干燥器 散粒状湿物料从加料散粒状湿物料从加料口加入，热气体穿过流化口加入，热气体穿过流化床底部的多孔气体分布床底部的多孔气体分布板，形成许多小气流射板，形成许多小气流射入物料层入物料层. .流化床干燥器结构简单，造价较低流化床干燥器结构简单，造价较低，物料与设备的磨损较物料与设备的磨损较轻，压降
16、较小轻，压降较小。维修费。维修费用低用低，气，气固分离比较容易，固分离比较容易，传热传质速传热传质速率快，热效率较高，物料停留时间可以任意调节率快，热效率较高，物料停留时间可以任意调节，因而这种干，因而这种干燥器在工业上获得了广泛的应用，已发展成为粉粒状物料干燥燥器在工业上获得了广泛的应用，已发展成为粉粒状物料干燥的最主要手段。的最主要手段。（5）喷雾干燥器）喷雾干燥器用于干燥溶液、浆液或悬浮液。用于干燥溶液、浆液或悬浮液。液状物料由雾化器喷成雾状细液状物料由雾化器喷成雾状细滴并分散于热气流中，使水分滴并分散于热气流中，使水分迅速汽化而获得微粒状干燥产迅速汽化而获得微粒状干燥产品。品。所需干燥时间很短（约为所需干燥时间很短（约为3-5s3-5s）。）。特别适合于干燥热敏性的物料，如特别适合于干燥热敏性的物料，如牛奶、蛋制品、血浆、洗衣粉、抗牛奶、蛋制品、血浆、洗衣粉、抗菌素、酵母和染料菌素、酵母和染料等，已广泛应用于食品、医药、燃料、塑料及化学等，已广泛应用于食品、医药、燃料、塑料及化学肥料等行业。肥料等行业。
