《化工原理》课程教学资源（讲稿）化工原理第五章干燥3

对流干燥过程：物料与水分的结合形式扩散速率与物料结构以及物料中的水分性质有关扩散受热汽化湿物料湿物料内部表面水分扩散带出扩散热干燥介热干燥介质表面质内部

1 热干燥介质表面 湿物料内部 水分 扩散 湿物料 表面 扩散 受热汽化 热干燥介 质内部 带出 扩散 扩散速率与物料结构 以及物料中的水分性 质有关 物料与水分 的结合形式 对流干燥过程：

第三节固体物料在干燥过程中的平衡关系和速率关系*5.3.1物料中所含水分的性质*5.3.2干燥时间的计算

2  5.3.1 物料中所含水分的性质  5.3.2 干燥时间的计算 第三节 固体物料在干燥过程中的 平衡关系和速率关系

5.3.1物料中所含水分1、平衡水分与自由水分1）平衡水分X*用一定状态的空气无法再去除的水分，称为平衡水分X*，单位kg水/kg绝干料与物料的种类、温度及空气的相对湿度有关物料中的平衡水分随温度升高而减小随湿度的增加而增加。2）自由水分在干燥过程中所能除去的超出平衡水分的那一部分水分X-X*2

3 5.3.1物料中所含水分 1、平衡水分与自由水分 1）平衡水分X* 用一定状态的空气无法再去除的水分，称为平衡水分X*，单位 kg水/kg绝干料。 与物料的种类、温度及空气的相对湿度有关 物料中的平衡水分随温度升高而减小 随湿度的增加而增加。 2）自由水分 在干燥过程中所能除去的超出平衡水分的那一部分水分X-X*

281一新闻纸24R2一羊毛、毛织物203一硝化纤维4一丝（001/）165一皮革1026一陶士27一烟叶.8一肥皂9一牛皮胶10一木材A11一玻璃绒6-11100%280%12一棉花20%40%60%9图5-9平衡含水量X*与空气相对湿度?的关系（25°C）A

4 图5-9 平衡含水量X*与空气相对湿度ϕ 的 关系（25℃ ） 1－新闻纸 2－羊毛、毛织物 3－硝化纤维 4－丝 5－皮革 6－陶土 7－烟叶 8－肥皂 9－牛皮胶 10－木材 11－玻璃绒 12－棉花

2、结合水分和非结合水分结合水分：与物料之间有物理化学作用，因而产生的蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。包括溶胀水分和小毛细管中的水分。难以除去非结合水分：机械地附着在物料表面，产生的蒸汽压与纯水无异。包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。容易除去

5 2、结合水分和非结合水分 结合水分：与物料之间有物理化学作用，因而产生的蒸汽压 低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。 包括溶胀水分和小毛细管中的水分 。难以除去 非结合水分 ：机械地附着在物料表面， 产生的蒸汽压与纯 水无异。 包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。 容易除去

0.320.28非结合水Xr=0.24kz/kg绝干料0.24平衡水分一定是结合水分：0.20结合水非结合水一定是自由水分0.16自由水分总水分自由水分包括了全部非结合0.12x*=0.085水分和一部分结合水分；结0.08平衡水分合水分包括全部的平衡水分0.04和一部分自由水分。0102030405060708090100相对湿度中%（t为定值）图5-10固体物料（丝）中所含水分的性质6

6 平衡水分一定是结合水分； 非结合水一定是自由水分； 自由水分包括了全部非结合 水分和一部分结合水分；结 合水分包括全部的平衡水分 和一部分自由水分。 图5-10 固体物料（丝）中所含水分的性质

>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，即在一定的气一固接触方式下，固定气体的温度、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气体的温度、湿度和流速在干燥器中恒定不变实验为间歇操作，物料的温度和湿含量随时间连续变化

7 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，固定气 体的温度、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， 以使气体的温度、湿度和流速在干燥器中恒定不变。 实验为间歇操作，物料的温度和湿含量随时间连续 变化

5.3.2干燥曲线和干燥速率曲线1、干燥实验和干燥曲线干燥曲线：恒定干燥条件下，物料的含水率X以及温度0与时间的关系定时测定物料的质量变化，并记录每一时间间隔内物料的质量变化及物料的表面温度，直到物料的质量恒定为止，此时物料与空气达到平衡状态，物料中水分即为该条件下的平衡水分。C

8 5.3.2 干燥曲线和干燥速率曲线 1、干燥实验和干燥曲线 干燥曲线 ：恒定干燥条件下，物料的含水率X以及温度θ 与时间τ的关系 定时测定物料的质量变化，并记录每一时间间隔 内物料的质量变化及物料的表面温度，直到物料 的质量恒定为止，此时物料与空气达到平衡状态 ，物料中水分即为该条件下的平衡水分

斜率较小|不变|减小继续减小0.5-4HB干燥阶段区-T线热量主要用手物料奔温预热阶段-dx较小0TT~x1~3dt热量用于汽化水分恒速干燥阶段门ax0. 2t~xll较大且为常数环变dt热量用于汽化水降速干燥阶段分和加热物料0. VDdxt~x1~o1逐渐减小趋近于零岗dtT10.320-社5214128100.28非结合水--Xr=0.24kg/kg绝干料门L0.24-0.208 28-T线结合水E20.16自由水分总水分0.12x*=0.0850.08I平衡水分日10.04AB排结门102030405060708090100预热段平衡水分相对湿度中%合水非结合水+自由水分（t为定值）9

9 斜率 预热段 较小 不变 减小 继续减小 非结 合水 非结合水+自由水分 平衡水分

2、干燥速率曲线1）干燥速率曲线干燥速率：单位时间内，单位干燥面积上汽化的水分量dwU-G'dXSdtU=SdtdW'=-G'dXU一干燥速率，又称通量，kg/(m2·s)S—一干燥面积，m2；t干燥时间W'——一批操作中汽化的水分量，kgG'一一一批操作中绝干物料的质量，kg10

10 2、干燥速率曲线 1）干燥速率曲线 干燥速率 ： 单位时间内，单位干燥面积上汽化的水分量 U——干燥速率，又称通量，kg/(m2·s) S——干燥面积，m2 ； τ——干燥时间 W′——一批操作中汽化的水分量，kg G′——一批操作中绝干物料的质量，kg