1、知识点编号：知识点编号：ZYKC20112902030501干燥速率干燥速率新课导入新课导入 首先回顾一下上知识点首先回顾一下上知识点“湿物料中水分的性质湿物料中水分的性质”中讲述的内容。中讲述的内容。一、结合水分和非结合水分一、结合水分和非结合水分 根据物料本身的性质，即物料中所含水分被除去的难易程度，可将物料中所根据物料本身的性质，即物料中所含水分被除去的难易程度，可将物料中所含的水分分为结合水分和非结合水分。含的水分分为结合水分和非结合水分。1.1.非结合水分非结合水分 物料表面的吸附水分和存在于大孔隙中的水分，属于与物料的机械结合水分，物料表面的吸附水分和存在于大孔隙中的水分，属于与物
2、料的机械结合水分，与物料之间的结合力弱，其饱和蒸气压等于同温度下纯水的饱和蒸气压，用干燥与物料之间的结合力弱，其饱和蒸气压等于同温度下纯水的饱和蒸气压，用干燥的方法容易除去，这部分水分称为非结合水分。的方法容易除去，这部分水分称为非结合水分。2.2.结合水分结合水分 物料中毛细管内的水分、细胞壁内的水分以及与物料结合力较强的水分，所物料中毛细管内的水分、细胞壁内的水分以及与物料结合力较强的水分，所产生的蒸气压低于同温度下纯水的饱和蒸气压，用干燥方法不易除去，这部分水产生的蒸气压低于同温度下纯水的饱和蒸气压，用干燥方法不易除去，这部分水分称为结合水分。在干燥过程中，除去结合水分比除去非结合水分难
3、。分称为结合水分。在干燥过程中，除去结合水分比除去非结合水分难。二、平衡水分和自由水分 根据物料干燥过程中的干燥情况，物料中所含的水分分为平衡水分和自由水分。1.平衡水分 一物料与一定湿度和温度的空气接触时，要产生水分的扩散或迁移。当物料表面产生的水汽分压等于空气中的水汽分压时，两者处于平衡状态，即物料中所含的水分将永远维持一定值，不因与空气接触的时间延长而改变。此时物料中所含水分称为在该情况下（一定湿度和温度的空气）物料的平衡含水量，又称平衡水分，用X*表示，单位为kg（水）/kg（干料）。不同物料有不同的平衡水分；同一物料又因所接触的空气性质（温度、湿度）而不同。2.自由水分 湿物料中的水
4、分含量大于平衡水分时，则其含水量与平衡水分之差称为自由水分。平衡水分和自由水分还有一种非常通俗的说法，即：在一定干燥条件下，能用干燥方法除去的水分称为自由水分；用干燥方法不能除去的水分称为平衡水分。新课导入新课导入 湿物料在干燥过程中，有时快，有时慢，用什么指标来衡量呢？前面介绍的湿物料在干燥过程中，有时快，有时慢，用什么指标来衡量呢？前面介绍的结合水分与非结合水分、平衡水分与自由水分又会表现什么性质呢？结合水分与非结合水分、平衡水分与自由水分又会表现什么性质呢？干燥速率是指单位时间内、单位干燥面积上所汽化的水分的质量，用符号干燥速率是指单位时间内、单位干燥面积上所汽化的水分的质量，用符号U
5、U表示，单位是表示，单位是kgkg水水/(m/(m2 2.s).s)。干燥速率是通过实验测定的，该实验是用大量空气干燥少量湿物料，故可认干燥速率是通过实验测定的，该实验是用大量空气干燥少量湿物料，故可认为实验是在恒定干燥条件下进行的。图为实验是在恒定干燥条件下进行的。图1 1是由实验所绘得的干燥速率曲线，图的是由实验所绘得的干燥速率曲线，图的横坐标是干基含水量，纵坐标为干燥速率横坐标是干基含水量，纵坐标为干燥速率,表明在一定干燥条件下，干燥速率与表明在一定干燥条件下，干燥速率与物料的干基含水量的关系。从该曲线可以看出，干燥速率很明显分为两个阶段，物料的干基含水量的关系。从该曲线可以看出，干燥速
6、率很明显分为两个阶段，即恒速干燥阶段即恒速干燥阶段BCBC和降速干燥阶段和降速干燥阶段CE,CE,下面分别介绍恒速干燥阶段和降速干燥阶下面分别介绍恒速干燥阶段和降速干燥阶段。段。新课展开新课展开新课展开新课展开1 1恒速干燥阶段恒速干燥阶段 如图如图1 1所示，其中所示，其中BCBC段，在该阶段，线段水平，干燥速率段，在该阶段，线段水平，干燥速率为一定值，即干燥速率保持不变，且不随物料干基含水量的变化而变化。为一定值，即干燥速率保持不变，且不随物料干基含水量的变化而变化。图1 恒定干燥条件下的干燥速率曲线 新课展开新课展开 1 1恒速干燥阶段恒速干燥阶段 干燥开始进行时，物料表干燥开始进行时，
7、物料表面的含水量较高，其表面的水面的含水量较高，其表面的水分可以认为是非结合水分，在分可以认为是非结合水分，在恒速干燥阶段，物料内部水分恒速干燥阶段，物料内部水分的扩散速率大于表面水分汽化的扩散速率大于表面水分汽化速率，物料表面始终被水分所速率，物料表面始终被水分所润湿。物料表面水分的蒸汽压润湿。物料表面水分的蒸汽压与空气中水分的蒸汽压之差保与空气中水分的蒸汽压之差保持不变，空气传给物料的热量持不变，空气传给物料的热量等于水分汽化所需的热量。等于水分汽化所需的热量。图1 恒定干燥条件下的干燥速率曲线 此时，干燥速率的大小取决于物料表面水分汽化速率的大小，取决于湿空气此时，干燥速率的大小取决于物
8、料表面水分汽化速率的大小，取决于湿空气的性质，而与湿物料的性质关系很小，因此，恒速干燥阶段又称为表面汽化控制的性质，而与湿物料的性质关系很小，因此，恒速干燥阶段又称为表面汽化控制阶段或干燥第一阶段，在该阶段，物料表面的温度基本保持为空气的湿球温度。阶段或干燥第一阶段，在该阶段，物料表面的温度基本保持为空气的湿球温度。新课展开新课展开2 2降速干燥阶段降速干燥阶段 如图如图1 1所示，其中所示，其中CECE段，在段，在该阶段，干燥速率随干基含水该阶段，干燥速率随干基含水率的降低不断下降。率的降低不断下降。干燥进行到一定阶段后，干燥进行到一定阶段后，由于物料内部水分的扩散速率由于物料内部水分的扩散
9、速率小于表面水分的汽化速率，物小于表面水分的汽化速率，物料表面的水分量逐渐减小，干料表面的水分量逐渐减小，干燥速率不断下降。在该阶段，燥速率不断下降。在该阶段，干燥速率主要取决于物料本身干燥速率主要取决于物料本身的结构、形状和大小等性质，的结构、形状和大小等性质，而与空气性质的关系很小。而与空气性质的关系很小。图1 恒定干燥条件下的干燥速率曲线 因此，降速干燥阶段又称为内部水分控制阶段或干燥第二阶段。在该阶段，因此，降速干燥阶段又称为内部水分控制阶段或干燥第二阶段。在该阶段，由于空气传给湿物料的热量大于水分汽化所需的热量，湿物料表面温度不断上升，由于空气传给湿物料的热量大于水分汽化所需的热量，
10、湿物料表面温度不断上升，最终接近空气的温度。最终接近空气的温度。新课展开新课展开2 2降速干燥阶段降速干燥阶段 恒速干燥阶段与降速干燥恒速干燥阶段与降速干燥阶段的转折点阶段的转折点C C称为临界点，该称为临界点，该点的干燥速率仍为恒速干燥速点的干燥速率仍为恒速干燥速率，与该点对应的湿物料的含率，与该点对应的湿物料的含水量称为临界含水量水量称为临界含水量XcXc。临界。临界点是物料中非结合水分与结合点是物料中非结合水分与结合水分划分的界限，物料的含水水分划分的界限，物料的含水量大于临界含水量的部分是非量大于临界含水量的部分是非结合水分，小于临界含水量的结合水分，小于临界含水量的是结合水分。是结合
11、水分。图1 恒定干燥条件下的干燥速率曲线 新课展开新课展开w2 2降速干燥阶段降速干燥阶段 在降速干燥降段，图在降速干燥降段，图1 1中有中有两条线，这是因为某些湿物料两条线，这是因为某些湿物料干燥时，干燥曲线的降速段中干燥时，干燥曲线的降速段中有一转折点有一转折点D D，所以可把降速阶，所以可把降速阶段分为第一降速阶段和第二降段分为第一降速阶段和第二降速阶段，转折点速阶段，转折点D D称为第二临界称为第二临界点，如图点，如图1 1中的线段中的线段CDECDE所示。所示。但也有一些湿物料在干燥时不但也有一些湿物料在干燥时不出现转折点，整个降速阶段形出现转折点，整个降速阶段形成了一个平滑曲线，如
12、图成了一个平滑曲线，如图1 1中的中的虚线段虚线段CECE所示。所示。图1 恒定干燥条件下的干燥速率曲线 降速阶段的干燥速率主要与物料本身的性质、结构、形状、尺寸和堆放厚度降速阶段的干燥速率主要与物料本身的性质、结构、形状、尺寸和堆放厚度有关，而与外部的干燥介质流速关系不大。有关，而与外部的干燥介质流速关系不大。新课展开新课展开图1 恒定干燥条件下的干燥速率曲线 2 2降速干燥阶段降速干燥阶段 干燥速率曲线与横轴的交点干燥速率曲线与横轴的交点E E所表示的含水量为物料的平衡所表示的含水量为物料的平衡含水量含水量X X*，即平衡水分，干燥，即平衡水分，干燥速率为零。速率为零。综上所述，当物料的含
13、水量大于临近含水量时，属于恒速干燥阶段；当物料综上所述，当物料的含水量大于临近含水量时，属于恒速干燥阶段；当物料的含水量小于临界含水量时，属于降速干燥阶段；当物料的含水量为平衡含水量的含水量小于临界含水量时，属于降速干燥阶段；当物料的含水量为平衡含水量时，干燥速率为零。实际上，在工业生产过程中，物料干燥的限度不可能是平衡时，干燥速率为零。实际上，在工业生产过程中，物料干燥的限度不可能是平衡含水量，而是在平衡含水量与临界含水量之间的某一数值，其值视生产要求和经含水量，而是在平衡含水量与临界含水量之间的某一数值，其值视生产要求和经济核算而定。济核算而定。新课展开新课展开 想一想：想一想：图图1 1
14、中曲线中曲线ABAB表表示干燥的什么阶段？示干燥的什么阶段？AB AB（或（或ABAB）段：）段：A A点代表时点代表时间为零时的情况，间为零时的情况，ABAB为湿物料不为湿物料不稳定的加热过程，在该过程中，稳定的加热过程，在该过程中，物料的含水量及其表面温度均随物料的含水量及其表面温度均随时间而变化。物料含水量由初始时间而变化。物料含水量由初始含水量降至与含水量降至与B B点相应的含水量，点相应的含水量，而温度则由初始温度升高而温度则由初始温度升高(或降或降低低)至与空气的湿球温度相等的至与空气的湿球温度相等的温度。一般该过程的时间很短，温度。一般该过程的时间很短，在分析干燥过程中常可忽略，
15、将在分析干燥过程中常可忽略，将其作为恒速干燥的一部分。其作为恒速干燥的一部分。图1 恒定干燥条件下的干燥速率曲线 课堂小结课堂小结 干燥速率是指单位时间内、单位干燥面积上所汽化的水分的质量，用符号U表示，单位是kg水/(m2.s)。干燥速率很明显分为两个阶段，即恒速干燥阶段BC和降速干燥阶段CE。1恒速干燥阶段 干燥速率为一定值，即干燥速率保持不变，且不随物料干基含水量的变化而变化。物料表面水分的蒸汽压与空气中水分的蒸汽压之差保持不变，空气传给物料的热量等于水分汽化所需的热量。此时，干燥速率的大小取决于物料表面水分汽化速率的大小，取决于湿空气的性质，而与湿物料的性质关系很小，因此，恒速干燥阶段
16、又称为表面汽化控制阶段或干燥第一阶段，在该阶段，物料表面的温度基本保持为空气的湿球温度。2降速干燥阶段 干燥速率随干基含水率的降低不断下降。干燥速率主要取决于物料本身的结构、形状和大小等性质，而与空气性质的关系很小。降速干燥阶段又称为内部水分控制阶段或干燥第二阶段。在该阶段，由于空气传给湿物料的热量大于水分汽化所需的热量，湿物料表面温度不断上升，最终接近空气的温度。课堂小结课堂小结 恒速干燥阶段与降速干燥阶段的转折点C称为临界点，临界点C是物料中非结合水分与结合水分划分的界限，物料的含水量大于临界含水量的部分是非结合水分，小于临界含水量的是结合水分。干燥速率曲线与横轴的交点E所表示的含水量为物
17、料的平衡含水量X*，即平衡水分，干燥速率为零。综上所述，当物料的含水量大于临近含水量时，属于恒速干燥阶段；当物料的含水量小于临界含水量时，属于降速干燥阶段；当物料的含水量为平衡含水量时，干燥速率为零。实际上，在工业生产过程中，物料干燥的限度不可能是平衡含水量，而是在平衡含水量与临界含水量之间的某一数值，其值视生产要求和经济核算而定。作业布置作业布置 1.单项选择(1)干燥速率随干基含水率的降低不断下降。干燥速率主要取决于物料本身的结构、形状和大小等性质，而与空气性质的关系很小。这是 。选择（）A.干燥第一阶段；B.干燥第二阶段；C.表面水分控制阶段；D.表面汽化控制阶段。(2)临界点是指 。选择（）。A.恒速干燥阶段与降速干燥阶段的转折点；B.干燥曲线的降速段中有一转折点；C.干燥速率曲线与横轴的交点；D.不能确定。2.判断(1)物料的含水量大于临界含水量的部分是结合水分，小于临界含水量的是非结合水分。（）谢谢！谢谢！
