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机械百科

湿分在湿物料中的传递机理

时间:2020-02-06 15:47:03   作者:Jack.L   来源:   阅读:137   评论:0
一、湿物料的分类依据湿物料在干燥时所显示的不同的特性,可将湿物料分为两种类型:

①多孔性物料,如催化剂颗粒,砂子等;

②非多孔性物料,如肥皂、浆糊、骨胶等。在多孔性物料中,水分存在于物料内部大小不同的细孔和通道中,湿分移动主要靠毛细管作用力。这类物料的临界含水量较低,降速段一般分为两个阶段。非多孔性物料中的结合水与固形成了单相溶液,湿分靠物料内部存在的湿分差以扩散的方式进行迁移。这种物料的干燥曲线的特点是:恒速阶段短、临界含水量较高,降速段为一平滑曲线。大多数固体的干燥是介于多孔性和非多孔性物料之间的,如木材、纸张、织物等,在降速阶段的前期,水分的移动靠毛细管作用力,而后期,水分移动是以扩散方式进行的,故降速段的干燥曲线也分为两段。

二、液相扩散理论

液相扩散理论认为在降速干燥阶段中,湿物料内部的水分分布不均,形成了浓度梯度,使水分由含水量高的物料内部向含水量低的表面扩散,然后水分在表面蒸发,再进入干燥介质。扩散过程是很慢的,相比之下,表面蒸发速率要快得多,在物料表面上气膜的扩散阻力可以忽略不计,所以表面的含水量趋近于空气的平衡湿度,干燥速率完全取决于物料内部的扩散速率。此时,除了空气的湿度影响表面上的平衡值外,干燥介质的条件对干燥速率已无影响。非多孔性湿物料的降速干燥过程较符合扩散理论,如黏土的干燥。

三、毛细管理论

毛细管理论认为水分在多孔性物料中的移动主要依靠毛细管力。多孔性物料具有复杂的网状结构和孔道,这是由被固体包围的空穴相互沟通所形成的。孔道截面变化很大,物料表面有大小不同的孔道开口,当湿物料表面水分被蒸发后,在每个开口处形成了液面。由于表面张力,在较细的孔道中产生了毛细管力,与湿物料表面垂直的分力就成为水分由内部向表面移动的推动力。毛细管力的大小决定于液面的曲率,曲率是管内径的函数。管径越小,毛细管力越大,于是可通过小孔抽吸出大空穴中的水分,空气则进入排液后的空穴。只要由物料内部向表面补充足够的水分以保持表面润湿,干燥速率是恒定的。到达临界点时,大空穴中的水已被逐渐耗干,表面液体水开始退入固体内,湿物料表现上的凸出点暴露了,虽然表面上润湿处的蒸发强度仍保持不变,但有效传质面积减少了,于是基于总表面积的干燥速率下降。随着干表面分率的增加,干燥速率继续下降,这就是多孔性物料的第一降速阶段:在第一降速阶段中,水分蒸发的机理与恒速段是相同的,蒸发区仍处在湿物料表面上,或者在表面临近处,水在孔隙中是连续相,进入的空气在物料中为分散相,影响蒸发的因素与恒速阶段基本相同,只是有效面积随含水量比例而下降,因而在第一降速干燥阶段中,干燥曲线一般为一直线。

当水分进一点被蒸干,空穴被空气占据的分率增加,使得气相变为连续相。水分只存在于孤立的小缝隙内形成分散相。于是达到了第二临界点,干燥速率突然下降,曲线形成了第二转折点。此时,蒸发区在物料内部、水蒸气向外传递和热量向内传递,都需通过固体层,以扩散和传导的方式进行,物料表面温度上升到干燥介质的干球温度,形成了向内传导的温度梯度。这一阶段的干燥过程又符合扩散模型,使第二降速阶段的干燥曲线形成了上凹的曲线。

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