1、第十一章 干燥,讲授人:王志祥 中国药科大学,第一节 概述,一、去湿方法 在制药化工生产中，固体原料、中间体和成品中所含有的水分或其他溶剂，称为湿分。将固体物料中所含的湿分去除的操作，称为去湿。含较多湿分(规定含量以上)的固体物料，称为湿物料，而去湿后含有少量湿分(规定含量以下)的固体物料，称为干物料,完全不含湿分的固体物料，称为绝干物料。,第一节 概述,若固体物料中含有过多的湿分，可能会造成一系列不良影响。例如，含湿分较多的固体物料不便于运输和计量；抗菌素中的含水量太高(如红霉素4%)会降低使用寿命；合成药物中的含水量过多(如安定0.5%)有利于微生物繁衍，可能造成霉变。,第一节 概述,又如
2、，在片剂生产中，含水量偏高的固体物料，压片时易粘模；在胶囊剂生产中，含水量较高的固体物料在料仓中的流动性极差，填入胶囊时常会引起剂量的显著差异。因此，我国和世界药典中均规定一些药品的含水量标准，凡生产这些药品，其含水量必须低于标准含水量。所以，许多药品在生产过程中都需要进行去湿操作。,第一节 概述,1.机械法 机械法是利用固体与湿分之间的密度差，借助于重力、离心力或压力等外力的作用，使固体与液体(湿分)之间产生相对运动，从而达到固液分离的目的。过滤、压榨、沉降、离心分离等都是常用的机械去湿法。,第一节 概述,机械法的特点是设备简单、能耗较低，但去湿后物料的湿含量往往达不到规定的标准。因此,该法
3、常用于湿物料的初步去湿或溶剂不需要完全除尽的场合。,第一节 概述,2.化学法 化学法是利用吸湿性很强的物料，即干燥剂或吸附剂，如生石灰、浓硫酸、无水氯化钙、硅胶、分子筛等吸附物料中的湿分而达到去湿的目的。,第一节 概述,化学法的特点是去湿后物料中的湿含量一般可达到规定的要求，但干燥剂或吸附剂的再生比较困难，应用于工业生产时的操作费用较高，且操作复杂，故该法一般适用于小批量物料的去湿，如实验室中用于去除液体或气体中的水分等。,第一节 概述,3.热能法 热能法又称为干燥法，它是借助于热能使湿物料中的湿分气化为蒸气，再借助于抽吸或气流将蒸气移走而达到去湿的目的。,第一节 概述,一般地，干燥法的操作费
4、用比机械法的高，但比化学法的低，且物料的最终含水量也能达到规定的要求。因此，为使去湿过程更为经济有效，常采用机械法与热能法相组合的联合操作，即先采用机械法去除物料中的大部分湿分，然后再用干燥法达标。,第一节 概述,分类,按操作压强,常压干燥,真空干燥,按操作方式,连续干燥,按传热方式,传导干燥,对流干燥,间歇干燥,辐射干燥,介电加热干燥,加压?,第一节 概述,(1) 传导干燥 热量通过金属壁面以热传导方式传递给湿物料，湿物料中的湿分吸收热量后气化，产生的蒸气被抽走。该法的热效率较高，可达7080%，但物料与金属壁面接触处常因过热而焦化，造成变质。,第一节 概述,(2) 对流干燥 载热体(热空气
5、、烟道气等)将热量以对流传热方式传递给与其直接接触的湿物料,物料中的湿分吸收热量后气化为蒸气并扩散至载热体中被带走。热空气既起着载热体的作用,又起着载湿体的作用,常称为干燥介质。,第一节 概述,由于热空气的温度易于调节，因此物料不易过热，但干燥后干燥介质带走大量的热量，故热效率较低，一般仅为3050%。,第一节 概述,(3) 辐射干燥 当辐射器发射的电磁波传播至湿物料表面时，有部分被反射和透过，其余的被湿物料吸收并转换为热能而使湿分气化，产生的蒸气被抽走。,第一节 概述,辐射器发射的电磁波通常为红外线。波长为0.722.5m的红外线称为近红外线,波长为2.51000m的红外线称为远红外线。在辐
6、射干燥过程中,电磁波将能量直接传递给湿物料,因而不需要干燥介质,从而可避免空气带走大量的热量，故热效率较高。此外，辐射干燥还具有干燥速度快、产品均匀清净、设备紧凑、使用灵活等特点,常用于表面积较大而厚度较薄的物料的干燥。,第一节 概述,以上三种干燥方法存在一个共同点，即热量均由湿物料表面向内部传递，湿分均由湿物料内部向表面传递，传热与传质的方向正好相反。由于物料的表面温度较高，故物料表面的湿分将首先气化，并在物料表面形成蒸气层，使传热和传质阻力增大，所以干燥时间较长。,第一节 概述,(4) 介电干燥 介电干燥又称为高频干燥。将被干燥物料置于高频电场内，在高频电场的交变作用下，物料内部的极性分子
7、的运动振幅将增大，其振动能量使物料发热，从而使湿分气化而达到干燥的目的。,第一节 概述,一般情况下，物料内部的湿含量比表面的高，而水的介电常数比固体的介电常数大，因此，物料内部的吸热量较多，从而使物料内部的温度高于其表面温度。此时，传热与传质的方向一致，干燥速度较快。,第一节 概述,通常将电场频率低于300MHz的介电加热称为高频加热，在300MHz300GHz之间的介电加热称为超高频加热，又称为微波加热。由于设备投资大，能耗高，故大规模工业化生产应用较少。目前，介电加热常用于科研和日常生活中，如家用微波炉等。,第一节 概述,上述四种干燥方法中，以对流干燥的应用最为广泛。多数情况下，对流干燥使
8、用的干燥介质为空气，湿物料中被除去的湿分为水分。因此，本章主要讨论干燥介质为空气、湿分为水的常压对流干燥过程。,第一节 概述,对流干燥流程,热能以对流方式传递给物料；,产生的蒸汽被干燥介质带走。,干燥介质与物料相接触；,干燥介质温度渐降，湿含量渐增。,第一节 概述,对流干燥过程,1.传热过程,2.传质过程,第一节 概述,进行条件 传热与传质同时进行，过程速率由传热速率与传质速率共同决定。 传热过程的进行：ttw。 传质过程的进行：pwp，且两者的压差越大，传质推动力就越大，干燥过程进行得就越快。,第一节 概述,干燥介质中的水气分压越低，干燥后物料的含水量就越低。当物料表面水分所产生的水气分压与
9、干燥介质中的水气分压相等时，干燥过程达到动态平衡，无净水分气化，干燥过程也就停止了，这是干燥过程进行的限度。可见，干燥介质中的水气分压直接关系到干燥过程进行的限度和速率。,第一节 概述,通过干燥介质及时将水气移走，一方面可保持一定的气化推动力，另一方面可维持较低的水气分压。 当物料表面水分所产生的水气分压低于干燥介质中的水气分压时，物料将吸湿，即通常所说的“反潮”。,湿空气由绝干空气和水气所组成，绝干空气的性质可从附录中查得，水气的性质也可从有关手册中查得。而由绝干空气和水气所组成的湿空气的性质要复杂得多。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,干燥过程通常在常压下进行，此状态下的湿
10、空气可视为理想气体，因此理想气体定律均适用于湿空气。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,在干燥过程中，热空气中的水气量不断发生改变，但其中的绝干空气仅作为湿和热的载体，其质量保持不变。因此，湿空气的许多物理性质的量值，以单位质量的绝干空气为基准来表示较为方便。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,1.干球温度 用普通温度计测出的湿空气的温度称为干球温度，它是湿空气的真实温度，常用t表示，单位为oC或K。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,2.压力 由道尔顿分压定律可知：,当总压一定时，湿空气中水气的分压越大，水气的含量就越大，即,第二节 湿空气的性质及湿
11、度图 一、湿空气的性质,3.湿度,饱和湿度：,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,当空气达到饱和时，其吸湿能力已达极限。可见，饱和湿度实际上反映了空气吸湿能力的限度。当HHs时，湿空气呈过饱和状态，此时湿空气不仅不能吸湿，而且会使物料反潮。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,4.相对湿度,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,相对湿度的大小可衡量湿空气的不饱和程度。当=100%时，该湿空气不具有吸湿能力，不能作为载湿体。当=0时，表明湿空气中完全不含水气，该湿空气称为绝干空气，此时湿空气的吸湿能力达到最大。理论上，使用绝干空气作为干燥介质可获得绝干物料。可见
12、，湿空气的值的大小反映了湿空气载湿能力的大小。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,当总压P和湿度H一定时，由于饱和蒸气压ps的值随温度的升高而增大，因此相对湿度的值随温度的升高而下降。换言之，提高温度可增加湿空气的载湿能力，这是湿空气需预热的主要原因之一。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,当温度一定时，饱和蒸气压ps为定值。若H也为定值，则的值随总压P的增加而增大。可见，降低操作压力可提高湿空气的载湿能力，这正是工业生产中常采用常压或减压干燥，但不采用加压干燥的主要原因。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,含1kg绝干空气的湿空气所具有的体积，称为湿
13、空气的比容或湿容积。 常压下，温度为t、湿度为H的湿空气,5.湿空气的比容,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,常压下，将1kg绝干空气及其所带有的H kg水气升高10C所需的热量，称为湿空气的比热或湿热，单位为kJkg-1oC-1。,6.湿空气的比热,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,含有1kg绝干空气的湿空气所具有的焓，称为湿空气的焓，单位为kJkg绝干空气-1。,7.湿空气的焓,规定绝干空气及液态水在0oC时的焓值为零，则 Ig=Cgt=1.01t ；Iv=r0+Cvt=2491+1.88t,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,湿空气所具有的焓可分为
14、两部分，一部分由(1.01+1.88H)t确定，其值反映湿空气所具有的显热；另一部分由2491H确定，其值反映湿空气所具有的潜热。在干燥过程中，只能利用湿空气所具有的显热，而潜热是不能利用的。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,提高湿空气的温度或湿度，均能提高湿空气的焓，但提高温度主要增加湿空气的显热，而提高湿度主要增加湿空气的潜热。因此，将湿空气预热至较高温度后再送入干燥器，对干燥操作是有利的，这是湿空气需要预热的又一主要原因。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,8.湿球温度 湿球温度计在空气中达到稳定时的温度，称为湿球温度，以tW表示，单位为oC或K。,第二节
15、湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,空气传给水分的显热等于水分汽化所需的潜热，此时水温将维持恒定，该水温即为湿空气的湿球温度。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,湿球温度并非湿空气的真实温度，而是当湿纱布中的水与湿空气达到动态平衡时湿纱布中水的温度。湿球温度取决于湿空气的干球温度和湿度，是湿空气的性质或状态参数之一。对于饱和空气，湿球温度与干球温度相等；对于不饱和空气，湿球温度小于干球温度。两者的差值由空气的湿度所决定，差值越大，表明空气的湿度越小，越有利于干燥过程的进行。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,9.露点 在一定的总压下，将不饱和湿空气(100%)等
16、湿冷却至饱和状态(=100%)时的温度，称为该湿空气的露点，以td表示。 将不饱和湿空气等湿冷却至饱和状态时，空气的湿度变为饱和湿度，但数值仍等于原湿空气的湿度，而水气分压等于露点温度下水的饱和蒸气压。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,将湿空气的总压和湿度代入上式可求出pstd，再从饱和水蒸气表中查出与pstd相对应的温度，即为该湿空气的露点td。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,将露点td与干球温度t进行比较，可确定湿空气所处的状态。若 ，则湿空气处于不饱和状态，可作为干燥介质使用；若 ，则湿空气处于饱和状态，不能作为干燥介质使用；若 ，则湿空气处于过饱和状态
17、，与湿物料接触时会析出露水。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,空气在进入干燥器之前先进行预热可使过程在远离露点下操作，以免湿空气在干燥过程中析出露水，这是空气需预热的又一主要原因。,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,对于空气-水气体系，干球温度t、湿球温度tW、绝热饱和温度tas以及露点td之间的关系为 不饱和空气：ttwtd 饱和空气：t=tw=td,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,例11-1常压(101.3kPa)下，空气的温度t=50，湿度H=0.0125kg水汽/kg绝干空气，试计算：(1) 空气的相对湿度；(2) 空气的比容H；(3) 空
18、气的比热CH；(4) 空气的焓；(5) 空气的露点td,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,(1) 空气的相对湿度 由附录5查得水在50时的饱和蒸气压 ，则,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,(2) 空气的比容H,m3kg绝干空气-1,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,(3) 空气的比热CH,kJkg-10C-1,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,(4) 空气的焓IH,=82.8kJkg绝干空气-1,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质,(5) 空气的露点td,由附录8查得空气的露点
19、td=20.70C。,对于空气-水气体系，由相律可知，当总压一定时，体系的自由度 可见，当总压一定时，湿空气的状态可由两个独立参数决定。若将湿空气的各参数之间的函数关系标绘在坐标图上，则只要知道湿空气的任意两个独立参数，即可从图上迅速查出其他参数，这种图统称为湿度图。在干燥计算中，常用的湿度图是焓湿图，即IH图。,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图,湿度H/kg水气kg绝干空气-1,焓I kJkg-1,(I-H )图,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图,(I-H )图中五种线(群),等湿度(H )线群,等焓(I )线群,同一等H线上各点的湿空气状态不同，但均具有相同
20、的H、p及td值，即H、p及td彼此不独立。,同一等IH线上各点的湿空气状态不同，但均具有相同的IH及tW值,即IH与tw彼此不独立。,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图,等干球温度(t )线群,作法,特点,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图,等相对湿度( )线群,说明：,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图,水蒸汽分压( )线,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图,(I-H )图的应用,1.确定湿空气 的性质,P一定，已知两独立参数，即可确定状态点,从而读出其他参数。,由A点读出H、I、p、 t、td、tW、tas和值。,第二节 湿空气的性
21、质及湿度图 二、湿空气的湿度图,等湿加热或冷却,可求露点td,等焓冷却增湿过程,可求tas或tw,2.表示空气状态 变化过程,AB：等湿加热,AC：等湿冷却,BE：等焓冷却,饱和冷却CD,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图,空气状态点的确定,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图,第三节 湿物料的性质 一、物料含水量的表示方法,1.湿基含水量,2.干基含水量,所以：,和,第三节 湿物料的性质 二、湿物料中水分的性质,1.水分在湿物料中的存在形式 按水分与物料的结合方式不同可分为吸附水分、毛细管水分、溶胀水分和化学结合水。
22、,(1) 吸附水分 物料表面所吸附的水分，称为吸附水分。吸附水分的性质与纯水完全相同，蒸气压等于同温度下纯水的饱和蒸气压。,第三节 湿物料的性质 二、湿物料中水分的性质,(2) 毛细管水分 物料毛细管孔隙中所含有的水分，称为毛细管水分。孔隙有两种，一种是多孔性物料本身所具有的内部孔隙，一种是堆积着的固体颗粒之间所形成的间隙。孔隙具有毛细管的吸湿作用，且孔隙愈小，吸湿作用愈大。若物料的孔隙较小，使孔隙内的水分所产生的蒸气压低于同温度下水的饱和蒸气压，导致水分不易气化而除去，则称为吸水性物料。反之，若物料的孔隙较大，孔隙中水分的性质与吸附水相同，则称为非吸水性物料。,第三节 湿物料的性质 二、湿物
23、料中水分的性质,(3) 溶胀水分 渗入到物料细胞壁内的水分，称为溶胀水分。溶胀水分是物料组成的一部分，其气化比吸附水困难。溶胀是大分子物质溶解的前期阶段，随着溶胀过程的进行，体积逐渐增大；反之，随着干燥过程的进行，体积逐渐缩小。,第三节 湿物料的性质 二、湿物料中水分的性质,(4) 化学结合水 化学结合水主要是指结晶水，此类水分一般不能通过干燥方法予以去除。,第三节 湿物料的性质 二、湿物料中水分的性质,(1) 平衡水分 以温度为t、相对湿度为的不饱和空气流过湿物料表面，若湿物料表面的水气分压大于空气中的水气分压，则湿物料中的水分将发生气化并进入空气主体。随着过程的进行，物料中的含水量逐渐下降
24、，其表面所产生的水蒸气分压也逐渐下降。,2.平衡水分与自由水分,第三节 湿物料的性质 二、湿物料中水分的性质,当湿物料表面所产生的水气分压等于空气中的水气分压时，过程达到动态平衡。此时，物料中的含水量将保持恒定，此含水量称为该物料在该空气条件(t，)下的平衡水分，以X*表示。 平衡水分是物料在特定干燥条件下的干燥限度，其数值与干燥介质的状态及物料的种类有关。,第三节 湿物料的性质 二、湿物料中水分的性质,1-新闻纸；2-羊毛、毛织物；3-硝化纤维；4-丝；5-皮革；6-陶土；7-烟草；8-肥皂；9-牛皮胶；10-木材,平衡水分X*/kg水kg绝干物料-1,湿物料只有与绝干空气相接触才能获得绝干
25、物料。,相对湿度/%,第三节 湿物料的性质 二、湿物料中水分的性质,(2) 自由水分 物料含水量中高于平衡含水量的那部分水分，称为自由水分。在特定的干燥条件下，自由水分是可以除去的水分，而平衡水分则是不能除去的水分。,第三节 湿物料的性质 二、湿物料中水分的性质,(1) 结合水分 结合水分是指存在于物料细胞壁内及细毛细管中的水分，这部分水分与物料的结合力较强，所产生的蒸气压低于同温度下纯水的饱和蒸气压，因此在干燥过程中不易气化而除去。,3.结合水分与非结合水分,第三节 湿物料的性质 二、湿物料中水分的性质,(2) 非结合水分 非结合水分是指物料中的吸附水分以及存在于粗毛细管中的水分，这部分水分
26、与物料的结合力较弱，所产生的蒸气压等于同温度下纯水的饱和蒸气压，因此在干燥过程中易气化而除去。,3.结合水分与非结合水分,第三节 湿物料的性质 二、湿物料中水分的性质,湿物料中所含的总水分为平衡水分与自由水分之和，其中自由水分包括非结合水分以及可以除去的结合水分，而平衡水分则是不能除去的结合水分。,平衡水分X*/ kg水kg 绝干物料-1,相对湿度/%,1.干燥后的产品量,第四节 干燥过程的计算 一、物料衡算,第四节 干燥过程的计算 一、物料衡算,2.水分蒸发量,由总物料衡算得,即,所以,由水的物料衡算得,则,3.绝干空气消耗量,预热器前后H1=H0故,水气物料衡算,第四节 干燥过程的计算 一
27、、物料衡算,l可作为各干燥器空气消耗量的比较指标。 l仅与湿空气的初、终含水量有关，而与路径无关。H2一定，l随H0的增加而增大。由于夏季空气的平均湿度比冬季的高，故应以全年的最大空气消耗量即夏季的空气消耗量来选择风机。,单位空气 消耗量：,第四节 干燥过程的计算 一、物料衡算,选择风机时应将绝干空气消耗量L换算成原空气的体积流量V0，即,第四节 干燥过程的计算 一、物料衡算,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算预热器的热量衡算,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算干燥器的热量衡算,供热,注意：,废气由热空气和W kg的水气组成,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算干燥器的热量衡算,物料平均比
28、热,绝干物料比热,吸热,或,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算干燥器的热量衡算,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算干燥器的热量衡算,物理意义：热空气在干燥器内所放出的显热主要用于水分气化、产品升温及热损失三部分热量。,热量衡算式：,若不补充加热，即QD=0，则,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算干燥系统的热效率,干燥系统的热效率是表征干燥操作性能的一个重要指标，其值越大，热的利用就愈充分，操作费用就愈低。一般情况下，干燥系统的热效率为3070%。,干燥系统的热效率：,第四节 干燥过程的计算 例题,例：P=101.3kPa，干燥介质：t0=150C、=68.7 %，t1=900C后送入干燥
29、器，t2=500C。湿物料：1=150C，w1=13%，w2=1%，G2=250kgh-1，Cs =1.156kJkg-1-1。预热器的热损失可忽略不计，干燥器内不补充加热。(1) 已知干燥过程为等焓过程，试计算H2、新鲜空气的V0以及；(2) 已知干燥过程为非等焓过程，干燥器的热损失为3.2kW，2=400C，试计算H2、新鲜空气的V0以及；,(1)等焓干燥,G2=250kgh-1,由附录7查得 kPa。,kg水气kg绝干空气-1,空气预热过程为等湿过程，所以,kg水气kg绝干空气-1,=110.3kJkg绝干空气-1,H2=0.0231kg水气kg绝干空气-1,kg绝干气h-1,=7415
30、kJh-1,(2)非等焓干燥,已计算出:W=34.5kgh-1,H1=H0=0.0073kg水气kg绝干空气-1,Q1=87014kJh-1=24.2 kW。,=2587kg绝干空气h-1,QL=3.2kW=11520kJh-1,=55.2kW,kg水气kg绝干气-1,=2132m3h-1,一、干燥速率,由,得,所以,第五节 干燥速率,一、干燥速率,干燥速率是计算干燥器尺寸的主要依据，但影响干燥速率的因素多而复杂，迄今为止尚不能以数学函数的形式将干燥速率与众多影响因素关联起来。多数情况下，可针对具体的物料和干燥器，通过实验测出干燥曲线和干燥速率曲线，并以此作为干燥器放大或工业设计的依据。,第五
31、节 干燥速率,二、恒定干燥条件下的干燥曲线与干燥 速率曲线,干燥过程中，物料含水量及表面温度与干燥时间之间的关系曲线，统称为干燥曲线；而干燥速率与物料含水量之间的关系曲线，称为干燥速率曲线。 恒定干燥条件:干燥介质的状态、流速以及与物料的接触方式均保持恒定。,第五节 干燥速率,2,X/kg水kg绝干物料-1,/,X-曲线,-曲线,/h,第五节 干燥速率,X/kg水kg绝干物料-1,U/ kgm-2h-1,第五节 干燥速率,1.预热阶段 在预热阶段，热空气所放出的显热除用于气化水分外，还用于加热物料。因此，随着时间的延续，物料的含水量下降，表面温度上升，干燥速率增大。 对于实际干燥过程，预热段的
32、时间一般很短，故常将其归入恒速干燥阶段。,第五节 干燥速率,2.恒速干燥阶段 在恒速段，物料含水量随时间的延续而下降，但其表面温度保持恒定且等于空气的湿球温度，干燥速率保持恒定且为最大值。,第五节 干燥速率,2.恒速干燥阶段 恒速段除去的水分一般为非结合水，且物料表面始终为非结合水所润湿，此状况与湿球温度计的湿纱布的表面状况相类似。因此，当空气状态一定时，物料的表面温度保持恒定，并等于空气的湿球温度。,第五节 干燥速率,2.恒速干燥阶段 干燥过程中，湿物料表面的水分不断吸收热量而气化，使物料内部与表面之间产生湿度差，于是物料内部的水分便以扩散的方式向湿物料表面传递，该过程称为内扩散过程。同时，
33、物料表面的水分气化后以扩散方式向空气主体传递，该过程称为外扩散过程。,第五节 干燥速率,2.恒速干燥阶段 在恒速段，内、外扩散速率均能与表面水分的气化速率相适应，使物料表面始终维持恒定状态。故物料表面水分气化是该阶段的控制步骤，所以恒速干燥阶段又称为表面气化控制阶段，此时的干燥速率主要取决于干燥介质的状态，而与湿物料性质关系不大。,第五节 干燥速率,3.降速干燥阶段 在降速段，物料含水量和干燥速率均随时间的延续而下降，但表面温度上升。 在第一降速段, 物料的内扩散速率因物料内部水分的减少而下降，并小于物料表面水分的气化速率，从而使物料表面不能全部维持润湿，即形成部分“干区”，结果使气化表面积减
34、少。,第五节 干燥速率,3.降速干燥阶段 在第一降速段, 物料表面气化的水分有部分结合水，空气传递至物料的显热大于水分气化所需的潜热，多余的热量则用于物料加热，故表面温度上升。,第五节 干燥速率,3.降速干燥阶段 在第二降速段, 物料表面已不含非结合水，但物料内部仍含有一定量的水分。此时物料表面变干，气化面逐渐向物料内部移动。由于气化所需的热量必须通过已被干燥的固体层才能传递至气化面，而气化所产生的水分也必须通过已被干燥的固体层才能传递至气相主体中，故传热和传质阻力均显著增大，所以干燥速率较第一降速段下降得更快。,第五节 干燥速率,3.降速干燥阶段 第二降速段除去的水分为可除去的结合水，较难除
35、去，因而干燥速率较小。此外，此阶段由空气传递至物料的显热主要用于物料的加热，因而物料的表面温度升高较快，直至出口温度。图中E点所对应的干燥速率为零，此时物料中所含的水分即为物料在该空气状态下的平衡水分，以X*表示。,第五节 干燥速率,3.降速干燥阶段 在降速干燥阶段，干燥速率主要由内扩散控制，其大小取决于物料本身的结构、形状和尺寸，与干燥介质的状态关系不大。因此，要提高降速干燥阶段的速率应从改善物料的内部扩散因素入手，如提高物料的温度、减少物料层的厚度等。,第五节 干燥速率,4.临界含水量 由恒速干燥阶段进入降速干燥阶段的转折点C称为临界点。临界点所对应的干燥速率仍等于恒速干燥阶段的干燥速率，
36、所对应的物料含水量，称为临界含水量，以Xc表示。,第五节 干燥速率,4.临界含水量 临界含水量越大，干燥过程就越早转入降速干燥阶段，对于特定的干燥任务，干燥时间就越长，这无论是从经济的角度还是从单位生产能力的角度来看，都是不利的。,第五节 干燥速率,第五节 干燥速率,4.临界含水量 在干燥过程中，采取降低物料层的厚度或对物料加强搅拌等措施，既能减小临界含水量，又能增加干燥面积。气流干燥器和沸腾干燥器等流化干燥设备中的物料具有较低的临界含水量，正是这个原因。,第六节 干燥设备,由于被干燥物料形状和性质的不同，加上生产规模、生产能力及干燥要求的差异，干燥器的形式多种多样。按热能传给湿物料的方式不同
37、，干燥器可分为四类：(1)传导干燥器，如减压干燥器和冷冻干燥器等。(2)对流干燥器，如厢式干燥器、气流干燥器、沸腾床干燥器、喷雾干燥器、带式干燥器和转筒干燥器等。(3)辐射干燥器，如红外干燥器等。(4) 介电干燥器，如微波干燥器等。,1.厢式干燥器 又称为盘架式干燥器，小型的称为烘箱，大型的称为烘房。 1-空气进口；2-空气出口；3-风扇；4-电动机；5-加热器；6-档板；7-盘架；8-移动轮,第六节 干燥设备常用干燥器,工作时,先将湿物料置于长方形浅盘中,然后将浅盘放在装有框架的小车上，并推入厢内。原空气由进口处吸入，在风扇的作用下分为两路，分别经预热器加热后沿可调节的百页窗式挡板均匀流入各
38、层，与物料进行对流干燥。干燥后的废气一部分由出口排出，一部分循环使用，以提高热效率，这种干燥流程称为部分废气循环流程。当物料达到规定的含水量时，将小车从厢内推出。,第六节 干燥设备常用干燥器,操作过程中应根据干燥情况控制废气的循环比。干燥初期通常处于恒速干燥阶段，应控制较低的循环比。干燥后期通常处于降速干燥阶段，应控制较高的循环比，甚至全循环。,第六节 干燥设备常用干燥器,优点是结构简单，投资费用少，可同时干燥几种物料，具有较强的适应能力，适用于小批量的粉粒状、片状、膏状物料以及脆性物料的干燥。缺点是装卸物料的劳动强度较大，且热空气仅与静止的物料相接触，因而干燥速率较小，干燥时间较长，且干燥不
39、易均匀。,第六节 干燥设备常用干燥器,2.气流干燥器 气流干燥器是利用高速热气流，使粒状或块状物料悬浮于气流中，一边随气流并流输送，一边进行干燥。,第六节 干燥设备常用干燥器,流程：1-鼓风机；2-加热器；3-螺旋加料器；4-干燥管；5-旋风分离器；6-袋滤器,第六节 干燥设备常用干燥器,主体是一根1020m的直立圆筒，称为干燥管。工作时，物料由螺旋加料器输送至干燥管下部。空气由风机输送，经热风炉加热至一定温度后，以2040ms-1的高速进入干燥管。在干燥管内，湿物料被热气流吹起，并随热气流一起流动。在流动过程中，湿物料与热气流之间进行充分的传质与传热，使物料得以干燥，经旋风分离器分离后，干燥产品由底部收集包装，废气经袋滤器回收细粉后排入大气。,第六节 干燥设备常用干燥器,气流干燥器结构简单，占地面积小，热效率较高，可达60%左右。由于物料高度分散于气流中，因而气固两相间的接触面积较大，从而使传热和传质速率较大，所以干燥速率快，干燥时间短，一般仅需0.52s。,第六节
