干燥速率与干燥时间
干燥速率与干燥时间
一、干燥原理
湿物料进行干燥时，同时进行着二个过程：
（1）热量由热空气传递给湿物料，使物料表面上的水分立即气化，并通过物料表面处的气膜，向气流主体中扩散；
（2）由于湿物料表面处水分气化的结果，使物料内部与表面之间产生水分浓度差，于是水分即由内部向表面扩散。
因此，在干燥过程中同时进行着传热和传质二个相反的过程。
干燥过程的重要条件是必须具有传热和传质的推动力。
物料表面蒸气压一定要大于干燥介质（空气）中的蒸气分压，压差越大，干燥过程进行得越快。
二、干燥速率及其影响的因素
根据干燥原理可知影响干燥的因素主要有以下几个方面：
1、干燥面积本文来源:考试大网
由于水分的蒸发主要在被干燥物料的表面进行，因此，干燥物料的干燥面积大小对干燥起着重要作用。
干燥效率与干燥面积大小成正比。
被干燥物料堆积越厚，干燥面积越小，干燥越慢，反之则快。
2、干燥速度
干燥应控制在一定速度下进行。
在干燥过程中，表面水分很快蒸发除去，然后内部的水份扩散到表面继续蒸发。
若干燥速度过快，温度过高，则物料表面水分蒸发过快，内部水分来不及扩散到表面，致使表面粉粒彼此粘结甚至熔化结膜，从而阻止内部水分扩散与蒸发，使干燥不完全，造成外干内湿的假干现象，使物料久贮变质。
3、干燥方法
在干燥过程中被干燥的物料可以处于静态或动态。
在烘箱或烘房中干燥物料处于静态，物料干燥面积小，因而干燥效率差。
若干燥物料处于翻腾或悬浮状态，如流化干燥法在干燥中粉粒彼此分开，增大了干燥的面积，故干燥效率高。
4、温度
温度升高，可加快蒸发速度，加大蒸发量，有利于干燥进行。
但应视干燥物料的性质适当选择干燥温度，以防某些成分被破坏。
5、湿度
物料本身湿度大，蒸发量也大，则干燥空间的相对湿度也大，物料干燥时间延长，干燥效率就低。
为此烘房、烘箱常采用鼓风装置使干燥空间气流更新，以免干燥过程烘房内相对湿度饱和而停止蒸发。
6、压力
压力与蒸发量成反比，因而减压是改善蒸发条件，促使干燥加快的有效手段。
采用真空干燥制备干浸膏时能减低干燥温度加快蒸发速度，使产品疏松易碎；有效成分不易破坏，也可同时回收溶剂。
7、物料的特性
物料的形状不同，性质及水分存在状态也不同，干燥效率也不一样。
物料大致分为二大类：（1）颗粒或结晶形固体，如硫酸钙、氧化镁等；
（2）无定形固体，如淀粉、酵酶，胰岛素等。
结晶状固体物料中水分往往吸附在物料的外表面上或浅开口的孔内以及物料内部粒子间隙中，这些空隙与表面相通，水分较易除去；无定形固体（包括纤维状、胶状结构）的物料中水分往往存在于分子结构中或被截留在许多细小的毛细管或内孔中，水分从物料内部到表面移动比较缓慢，这类物料不易干燥。
8、物料中水分的性质来源：考试大
（1）按物料中水分能否干燥除去分为平衡水分与自由水分平衡水分是指物料与一定状态的
空气相接触，物料将排除或吸附水分，直至物料表面所产生的水蒸气压与空气的水蒸汽分压相等，此时物料中所含的水分。
平衡水分是物料干燥的极限，只要空气状态不变，物料中的水分永远保持定值，不因与空气的接触时间的延长而变化，因此，平衡水分是在干燥过程中除不去的水分。
自由水分是指物料中所含的大于平衡水分的那部分水分，即在干燥过程中能除去的水分。
（2）按物料中水分除去的难易度分为结合水分与非结合水分结合水分主要以物理化学方式结合的水分，包括物料细胞壁内的水分、物料内可溶固体溶液中的水分及物料内毛细管中的水分等，这类水分与物料有较强的结合力，因此较难去除，干燥速度慢。
非结合水分主要以机械方式结合的水分，如物料表面的水分，这类水分与物料的结合力弱，易去除，干燥速度快。
问：如何判断湿空气的两个性质参数是否相互独立？
答：首先应理解湿空气各性质参数的意义。
如：露点是湿空气等湿冷却至饱和时的温度，因此知道露点相当于知道湿空气的等湿线，即露点与湿度不独立；绝热饱和温度是湿空气绝热降温增湿至饱和时的温度，其经历等焓过程，即湿空气的焓与绝热饱和温度（或湿球温度）不独立。
只有已知两个独立的性质参数才能计算其它性质参数，或在H–I图上确定湿空气的状态点，然后再查得其它性质参数。
湿空气的性质参数的独立性总结于附表中。
注：√ 参数独立，×参数不独立
问：湿空气的湿球温度与其绝热饱和温度有何区别和联系？
答：对于水蒸汽～空气系统，绝热饱和温度
和湿球温度tw在数值上近似相等，且两者均为初始湿空气温度和湿度的函数。
但两者是两个完全不同的概念，主要区别如下：湿球温度tw是大量空气与湿物料接触，当空气与湿物料之间进行热质传递达到平衡时，湿物料（或湿纱布）表面的温度，在空气与湿物料接触过程中，空气的温度和湿度不变，即状态不变。
绝热饱和温度
是大量湿物料与空气接触，空气经绝热增湿降温至饱和时所能冷却的极限温度，在空气与湿物料接触达饱和的过程中，空气经历的是温度降低、湿度升高而焓保持不变的过程。
问：结合水与平衡水分有何区别和联系？
答：平衡水分是空气状态和物料特性的函数，对一定的物料，平衡水分随空气状态而变化。
平衡水分是在一定空气状态下不能被干燥除去的水分，是干燥的极限。
结合水只与物料的特性有关，而与空气的状态无关。
结合水是能与饱和湿空气平衡的湿物料所含水分的最低值，湿物料的含水量低于此值便会从饱和湿空气中吸收水分。
一般地，结合水的一部分是自由水分，其能被干燥除去；另一部分是平衡水分，其不能被一定状态的空气干燥除去。
干燥实验实验报告思考题(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解干燥实验的基本原理和操作方法。
2. 掌握干燥设备的使用技巧。
3. 分析干燥过程中物料的性质变化。
4. 评估干燥效果，为实际生产提供参考。
二、实验内容1. 干燥实验的基本原理2. 干燥设备的选用与操作3. 干燥过程中物料性质的变化4. 干燥效果的评价三、思考题1. 请简述干燥实验的基本原理，并说明干燥过程分为哪几个阶段。
2. 在干燥实验中，如何选用合适的干燥设备？请列举几种常见的干燥设备及其适用范围。
3. 在干燥过程中，如何控制干燥温度和干燥时间？这对干燥效果有何影响？4. 请分析干燥过程中物料性质的变化，如水分、温度、粒度等，并说明这些变化对干燥效果的影响。
5. 在干燥实验中，如何评价干燥效果？请列举几种评价方法。
6. 在干燥过程中，如何防止物料发生结块、焦化等现象？请提出相应的解决措施。
7. 请分析干燥过程中能耗的影响因素，并提出降低能耗的方法。
8. 在干燥实验中，如何提高干燥效率？请从物料、设备、工艺等方面进行分析。
9. 请举例说明干燥实验在实际生产中的应用，如化工、食品、医药等行业。
10. 在干燥实验中，如何保证实验数据的准确性和可靠性？请提出相应的措施。
11. 请分析干燥实验过程中可能出现的故障及解决方法。
12. 在干燥实验中，如何保证实验操作的安全性？请提出相应的措施。
13. 请简述干燥实验在环境保护方面的作用。
14. 在干燥实验中，如何提高干燥设备的利用率？请提出相应的措施。
15. 请分析干燥实验在节能减排方面的意义。
16. 在干燥实验中，如何提高干燥设备的自动化程度？请提出相应的措施。
17. 请探讨干燥实验在提高产品质量方面的作用。
18. 在干燥实验中，如何根据物料特性选择合适的干燥工艺？19. 请分析干燥实验在提高生产效率方面的作用。
20. 在干燥实验中，如何降低干燥过程中的能耗？四、实验报告撰写要求1. 实验报告应包括实验目的、实验内容、实验过程、实验结果、分析与讨论、结论等部分。
干燥曲线和干燥速率曲线
干燥曲线和干燥速率曲线干燥曲线和干燥速率曲线随着科技的进步和工业的发展，人们对于干燥过程的需求逐渐增加。
而干燥曲线和干燥速率曲线则是研究干燥过程中不可或缺的一部分。
本文将会对这两个概念做详细的解释，并介绍它们的实际应用。
一、什么是干燥曲线？干燥曲线显示了物质在干燥过程中的水分含量变化。
通俗一点的说，就是水分含量随着时间而变化的曲线。
通常，干燥曲线分为三个阶段：加速干燥期、减速干燥期和恒速干燥期。
加速干燥期：在这个阶段，物质内部的水份通过表面蒸发逐渐排出，水分含量下降的速度逐渐加快。
减速干燥期：水分含量下降得更加缓慢，这是由于物质内部水分贡献逐渐降低。
恒速干燥期：水份的蒸发速率和内部扩散速率平衡，此时干燥曲线成为一条平直的水平线。
二、什么是干燥速率曲线？干燥速率曲线显示了在干燥过程中单位时间内去除的水分量。
干燥速率是物质在干燥过程中失去水分的速度。
它通常在水分含量的平衡点的基础上，研究其减少的速率。
干燥速率的曲线和干燥曲线类似，也包括加速干燥期、减速干燥期和恒速干燥期，但是它们之间也存在一些差异，干燥速率曲线比干燥曲线更加具体和精细。
三、干燥曲线和干燥速率曲线的实际应用干燥曲线和干燥速率曲线在工业生产中有着广泛的应用。
例如，干燥曲线可用于测定物料干燥时间和干燥设备的加热功率等参数的计算。
当然，也可以根据物料的干燥曲线，调整干燥时间和干燥温度来提高干燥的效率。
干燥速率曲线则可以用于确定干燥设备的流量和气体温度等参数。
此外，还可以根据干燥速率曲线来调整干燥设备中的湿度和温度等参数，以达到更好的干燥效果。
综上所述，干燥曲线和干燥速率曲线在物质的干燥过程中扮演着重要的角色。
而这些曲线对于工业生产中的物料干燥以及干燥设备的设计与运行都具有不可或缺的作用。
固体干燥3-干燥速率与干燥过程计算
• 非等焓干燥过程 • 实际干燥过程：
ìDq > 0
îíQ损 > 0
Þ G2 (cpm1q2 - cpm2q1 ) > 0
• a、则I2<I1 • 如BD线
• 若t2不变 • HD<HC • ÞV增多
• b、若Q补>0 • 则I2>I1, 如BE线 • 若t2不变 • HE>HCÞV减少 • 求解
的） • H1 = H0 • Q损可求取，一般 Q损= 5～10%Q
• q2：实验或经验确定
• t1：选定
ì选择：t 2或j 2
求解V和Q补
Þ
ïí* 选择：Q补（Q补
=
0）或（H
2、j
2、t
）中的一个
2
ïî须对干燥过程进行简化 ，因空气出口状态不确 定）
求解V和（H
2、j
2、t
）中的另一个
2
（1）理想干燥器 （理想干燥过程，绝热干燥过程）
NA
= - GC dX
A × dt
=
KX( X
- X*)
ò ò •
•
其中：KX为系数，即CE直线的斜率 积分上式， t2 dt = GC XC dX
KX
=
(NA )恒 XC - X *
0
AK X X2 X - X *
t2
=
GC ( X - X *) A（N A）恒
ln
XC X2
-
X X
* *
三、连续干燥过程的数学描述
• b、废气带走的热量：V×I2 • c、干燥器的热损失：Q损
（3）干燥器内总热量衡算式
VI1 + GCcpm1q1 + Q补 = VI2 + GCcpm2q2 + Q损 Þ Q补 = V（I2 - I1）+ GCcp（m q2 - q1）+ Q损
干燥速率与时间计算
d GC dX
UC A
d GC dX UA
2
GC A
X2 dX U X c
τ1 d GC XC dX
0
UC A X1
1）图解积分法：U与X不呈 线性关系:
图解积分法求干燥时间
2）解析计算法：U与
(X1
XC)
U K（X X ）
2
GC A
X2 Xc
dX K(X X)
GC AK
ln
Xc X2
X X
干燥时间 =1+ 2
干燥技术 ---干燥速率和时间计算
干燥
1. 干燥曲线与干燥速率曲线
通过实验测定干燥曲线 X —（时间）曲线
AB段：预热阶段，空气的部分热量用于 加热物料，时间很短；
BC段：恒速干燥阶段，物料的干燥速率恒定， 取决于物料表面水分汽化速率，和物料 本身性质关系不大；
CE段：降速干燥阶段，干燥速率随物料含 水量减少而降低，取决于水分在物 料中的迁移速率
C点： 临界点，对应的含水量为 临界含水量
干燥
1. 干燥曲线与干燥速率曲线
干燥速率U：单位时间，单位干燥面 积上气化的水分质量。
U dW GC dX
Ad
Ad
负号含义：表示物料含水量随干燥时
间的增加而减少。
干燥
2. 干燥时间计算
（1）恒速阶段的干燥时间
（2）降速阶段干燥时间
U GCdX
Ad
干燥时间的计算
5-3-2干燥时间的计算依空气状况在干燥器内的变动，分为：恒定干燥操作：大量空气干燥少量物料，间歇操作，空气速度及空气与物料的接触方式不变。
变动干燥操作：连续操作的设备中,空气沿其流向、温度等参数不断地降低, 湿度逐渐增加。
一、恒定干燥条件下，干燥时间τ的计算1.干燥实验与干燥曲线恒定干燥条件下的间歇干燥实验:W’—湿料重G’—一批干料重X=W’/G’-1干燥速率曲线干燥速率—单位时间，单位干燥面积上气化的水分量。
(5-46)典型的干燥速率曲线(a)(b)某些多孔物料中水分靠“毛细管”作用恒速干燥和降速干燥的工作机理1).恒速干燥:物料在该段干燥时，表面始终保持着润湿。
在恒定的干燥条件下干燥时，物料表面的温度θ=tW(定)，则Hs,tw定。
它类似于测湿球温度。
对照tw ： (5-9)Q=αS(t- tw) (5-10) N=kHS(Hs, tw-H)此段内，空气传给物料的显热Q等于水分气化所需要的潜热Q'。
稳定时：dQ=rtW dW'→dW'=dQ/rtW(5-49)U=kH (HS,tW-H)S=α/rtW(t-tW) (5-50)2).降速干燥阶段(内部迁移控制阶段)当在整个干燥表面积范围内物表的pe 刚刚<ps时，物料含水量是临界含水量Xc。
以后随着(N -Ne)↑→U↓。
降速干燥的U取决于物料本身的结构、形状及尺寸；与干燥介质的状况关系不大。
造成Ne<N的原因可能是：∙①全部非结合水分已经蒸发完毕，物表p e<p s；∙②虽然还有些非结合水分，但物料的某些局部表面已经干燥，或水分气化面向物料内部迁移，此时全S内p e<p s。
∙影响Xc大小的因素:∙Xc↑→较早地进入降速干燥阶段→τ↑、Q↑、L↑…∙①干介速度u 当处理同一种物料时，∵传质速率k H=(1/δ),∴u↑→δ↓→k H↑→N↑,但同时可能∵Ne<N→局部表面干化→pe<ps→Xc↑。
干燥速率与干燥时间
t (t tw )
H (Hw H)
u , kH
UC (U )
返回
四、降速干燥阶段
实际汽化表面减小 汽化面内移
降速干燥阶段特点：
1. X ,U
2. 物料表面温度 tw
3. 除去的水分为非结合、结合水分 4. 影响 u 的因素：
与物料种类、尺寸、形状有关， 与空气状态关系不大。
返回
8.3.3 恒定干燥条件下恒速阶段干燥时间
由干燥速率定义式： U GCdX
Ad
d GCdX
AU
1 d XC GC dX
0
X1 AU
对于恒速干燥： U＝UC＝const.
1
GC AU C
(X1 XC)
恒速干燥所需时间
返回
UC的来源：
(1) 由干燥速率曲线查得
Ad
[kg水/(m2∙s)]
W GC( X1 X )
dW GCdX
U GCdX
Ad
返回
二、干燥曲线及干燥速率曲线
1. 干燥曲线
—— 用于描述物料含水 量 X、干燥时间 τ 及 物料表面温度θ之间 的关系曲线。
返回
2. 干燥速率曲线
ABC段：恒速干燥阶段 AB段：预热段 BC段：恒速段
现ZnO的含水量为0.25 kg水/kg干料，令其与25℃，
＝40%的空气接触，求物料的自由水分、平衡水分、
结合水分和非结合水分。
返回
8.3.2 恒定干燥条件下的干燥速率
恒定干燥条件：空气的温度、湿度、流速及物 料接触方式不变。
一、干燥速率定义
—— 单位时间、单位干燥面积汽化水分量。
干燥速率和干燥技术
湿基水分Xw与以干基水分Xd之间的关系：
100 X w X % 1 X w
d
不计干燥器内物料损失，即：
m0 m1 (1 X d1 ) m2 (1 X d 2 )
（2）预热器的热量衡算 以预热器为控制体，忽略热损失，热量衡算式为：
Vh0 Qp Vh1
（3）干燥器的热量衡算 以干燥器作为控制体进行热量衡算，得：
1) 干燥速率不随物料的含水量改变而变化；
2) 干燥速率由物料表面的水分汽化速率所控制(外扩散控制)， 干燥速率取决于干燥条件。
4
5.3 干燥速率和干燥过程
（2）降速干燥阶段 分析：第一降速阶段，物料内部水分向表面扩散的速率已小于物料 表面水分的汽化速率，实际汽化面积减小，干燥速率下降。 第二降速阶段，水分的汽化面由物料表面移向内部，使传热 和传质途径加长，造成干燥速率下降。 降速干燥特点： 1)干燥速率取决于水分在物料 内部的扩散(内扩散)速率，与 物料本身的结构、形状和尺寸 等因素有关，受外部干燥介质 的条件影响较小。 2)水分迁移形式：主要以液态 形式扩散，少量以气态形式扩 散。
10
5.3 干燥速率和干燥过程
5.3.3 间歇干燥过程的干燥时间计算 5.3.3.1 恒速干燥阶段
若物料在干燥前的含水量（X1）大于临界含水量（XC），忽略物料 的预热阶段，恒速干燥阶段的干燥时间(τ1)可通过下式进行计算。
0 d
1
m0 X dX m (X X ) 恒速干燥 1 0 1 c X F jA F jA
恒定干燥条件下物料的干燥曲线
2
5.3 干燥速率和干燥过程
5.3.1.2 干燥速率曲线 物料的干燥速率 ：
dmw m0 dX j Fd Fd
冻干曲线的选择的主要参数
冻干曲线选择的主要参数包括：
1. 预冻速率：预冻速率快慢可以通过设备进行有效控制。
若要预冻速率快，干燥箱体应预先降至较低的温度再让制品进箱。
反之，可在制品进箱后再对箱体降温。
2. 预冻最低温度：理论上预冻的最低温度必须低于制品的共熔点温度。
因每种制品的共熔点是不一样的，预冻最低温度必须根据制品的种类、溶液的浓度等因素，通过实验确定。
3. 预冻时间：制品的装量较多且所用容器底厚也不平整，或不采用把制品直接放在干燥箱板层上冻干时，要求预冻的时间长一些。
4. 冷凝器降温时间：冷凝器在预冻的阶段，尽管预冻尚未结束，只要设备的冷冻能力有富裕，抽真空开始之前就可以开始降温。
5. 抽真空时间：预冻结束时即为开始抽真空的时间。
通常要求半小时左右时间内，箱体内的真空就能达到10Pa。
在抽真空的同时，打开干燥箱体冷凝器之间的真空阀，真空泵和真空阀门打开的时间应一直持续到冻干结束。
6. 升华速率和干燥时间：升华速率主要由给搁板的供热能力和冷凝器的捕水能力而定。
只要干燥箱内的压力维持在允许的最高压力下，升温速率就可提高。
一次干燥时，可粗略的以每小时干燥制品厚度1mm计。
以上就是冻干曲线选择的主要参数，具体数值需要根据产品和设
备的实际情况来确定。
8.4 干燥速率与干燥时间
U
GC dX Ad
d
GC dX AU
XC
1
0
d
X1
Байду номын сангаас
GC AU
dX
对于恒速干燥：
恒速干燥所需时间：
U＝UC＝const.
1
UC的来源：
GC AU C
(X1 X C )
（8-74）
（1） 由干燥速率曲线查得；
（2）用 U C (t t w ) k H ( H w H ) 计算 rw
8-17
8-16
8-19
（8-73）
——恒速干燥速率 式中： t——湿空气温度； tw——湿物料表面温度； Hw——湿物料表面湿度； H——湿空气湿度； U 恒速干燥速率
3、恒速干燥特点：
1） U＝UC＝const； 2）物料表面温度为tw； 3）在该阶段去除的水分为非结合水分； 4）恒速干燥阶段的干燥速率只与空气的状态有 关，而与物料的种类无关。
（2）近似计算法 三、总干燥时间：
1 2
Gc X c X * （8-85） * [( X 1 X c ) ( X c X ) ln ] * UC A X2 X
此式的优点是：若已知Xc 、X* ，求UC，即 可求出两个阶段的总干燥时间。 End
8-17
2）BC段： 在BC段内干燥速率保持恒定，称为恒速 干燥阶段。在该阶段：湿物料表面温度为空气 的湿球温度tw 3）C点： 由恒速阶段转为降速阶段的点称为临界点， 所对应湿物料的含水量称为临界含水量，用Xc 表示。
4） 临界含水量与湿物料的性质及干燥条 件有关。 表8.1、8.2给出了不同物料临界含水量的 范围。
干燥速率与干燥过程的计算
化学化工学院 迪丽努尔
•14.3.2 间歇干燥过程的计算
一、干燥时间 • 2、降速阶段的干燥时间τ2
物料从临界含水量Xc减至X2 所需要的时间为：
2
X2
d
Gc A
dX NA
0
Xc
Xc
干
Gc dX
2
A NA
X2
燥 速 率
NA
若降速阶段的干燥区线可近似地 作为直线处理：
3、热损失：Ql
W
ql
• 入热=出热+热损失
G 2 C W m 2 C m 1 l0 Iq p q d G 2 C W m 2 l2 Iq l
q q p q d l ( I 2 I 0 ) G W 2 C m (2 1 ) C m 1 q l
令qm ： G W 2C m(21) 则q： qpqdl(I2I0)qmqlC m 1
气量）
l V 1
1
W H 2 H 1 H 2 H 0
化学化工学院 迪丽努尔
14.3.4 干燥过程的物料衡算与热量衡算 三、预热器的热量衡算
空气 V0、H0、t0
预热器
H1、t1
Q
设： I0、I1：分别为空气进、出预热器的焓， kJ／kg干气；
Qp——空气在预热器中获得的热量 Qp =V (I1-I0)
• 14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率
•三、干燥速率曲线
NA GAcddX
恒速干燥 干燥过程
降速干燥
AB 自 由 含 水 量
C D
干
燥
B
速
C
率
A
D
NAkg\mm.s X kg\kg