恆定乾燥
恆定乾燥
恆定乾燥是指乾燥介質的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式，都在整個乾燥過程中均保持恆定。
（—）平衡水分與自由水分
1． 平衡水分
與一定狀態的濕空氣充分接觸后，物料中不能除去的水分稱為平衡水分。用表示，
此時乾燥過程達到此操作條件下的平衡狀態。
=f（物料性質，空氣狀態，兩者接觸狀態）。
說明：平衡水分可用平衡曲線描述，由圖8－11可知：
（1）當空氣狀態恆定時，不同物料的平衡水分相差很大，同一物料的平衡水分隨空氣狀態而變化；
（2）當=0時，均為0，說明濕物料只有與絕干空氣相接觸，才有可能得到絕干物料；
（3）一般近似認為物料的平衡含水量與空氣溫度無關。
2．自由水分
物料中超過平衡水分的那部分水分稱自由水分，這種水分可用乾燥操作除去。
（二）結合水與非結合水
1．結合水
與物料結合能力很強的水分，存在於如細胞壁中、微孔中，不易除去。
說明：這種結合能力包括：化學力和物理化學力等強結合力。
2． 非結合水
結合力較弱，包括機械附著於固體表面的水分，這種水分容易由乾燥操作除去。
說明：
（1）由於直接測定物料的結合水與非結合水很困難，所以可利用平衡曲線外延至與=100%線相交而得到的X為結合水量；高於它的部分為非結合水，如圖8－12所示。
（2）由圖8－12可知，非結合水極易除去，而結合水中高於平衡水份的部分也能被除去但很困難。
圖8－12 固體物料（絲）中所含水分的性質
（一）恆定乾燥條件
這是一種對問題的簡化處理方式，可適用於大量空氣乾燥少量濕物料的情況，空氣的定性溫度等於進、出口溫度平均值。
（二）乾燥速率及曲線
1．乾燥速率
指單位時間單位乾燥面積上汽化的水分量。
即：
（8－31）
式中 ――乾燥速率，又稱乾燥通量，Kg.(mS)；
――乾燥面積，m；
―一批操作中汽化的水分量，Kg；
――乾燥時間，S。
又
∴ （8－32）
式（8－32）中的負號表示X隨乾燥時間的增加而減小。
2．乾燥速率曲線
乾燥過程的計算主要包括確定乾燥的操作條件，計算乾燥時間和乾燥器尺寸，這就必須求得乾燥速率，通常是通過實驗測得，即將實驗數據計算處理后描點繪圖，得到乾燥速率曲線以供參考。如圖8－13為恆定乾燥條件下一種典型的乾燥速率曲線。
圖8－13恆定乾燥條件下乾燥速率曲線
（1）AB是預熱段，很快進入BC段――恆速乾燥階段，除去非結合水的階段，所以速率大且不隨X而變化；
（2）但CD和DE段是降速階段，是除去結合力很強的結合水的過程，所以乾燥速率隨X減小而迅速下降，情況比較複雜；
（3）最後，U=0點時，達到該操作條件下的平衡含水量；
（4）C點是臨界點，Xc稱為臨界含水量，Uc稱為恆速段乾燥速率，若Xc增大，則恆速段變短，不利於乾燥操作。
X c=f (物料性質，尺寸、空氣性質及兩者接觸狀況)。
（三）不同乾燥階段機理
1．恆速乾燥階段
特點：
（1）濕物料表面全部被非結合水分所潤濕，物料表面的蒸汽壓與同溫度下水的蒸汽壓相等，物料由部分水分傳遞速率和水分自物料表面汽化速率相當，乾燥速率大小取決於物料表面水分汽化速率又稱表面汽化控制階段。
（2）物料表面溫度等於該空氣的濕球溫度，即t w=t m，恆定乾燥條件下進行乾燥，則濕物料和空氣的傳熱速率保持不變。即：
（3）當t w一定時，物料表面的濕含量H w為定值，則濕分差保持不變。濕物料和空氣的傳質速率一定。
即：
= (8－33）
（8－34）
聯立式（8－33）和（8－34）得：
（8－35）
2．降速乾燥階段
特點：
（1）物料含水量降至臨界含水量X c以後進入降速乾燥階段，水分自物料內部向表面氣化速率低於物料表面水分氣化速率，因此濕物料表面逐漸變干，氣化表面向內移動，溫度不斷升高，由於物料內部含水量的減少，水分由物料內部向表面傳遞速率慢慢下降，乾燥速率也越來越小。
（2）乾燥速率大小主要取決於物料本身的結構，形狀和尺寸，而與外部乾燥關係不大，此階段稱為物料內部遷移控制階段。
（3）降速乾燥階段中乾燥速率曲線的形狀隨物料內部結構不同而異。
3．影響恆速乾燥速率的因素
（1）空氣流速的影響，輻射與傳導傳熱忽略不計。
空氣平行流過物料表面時，成正比；
空氣垂直流過物料表面時，成正比；
式中 ――指濕氣質量流速。
=。
（2）空氣濕度的影響
如空氣溫度不變，而濕度降低，則t w也降低，因此U c將增大。
（3）空氣溫度的影響
如空氣濕度不變，溫度升高，t w也升高，因此U c將增大。
（一）恆速階段乾燥時間的計算
（8－36）
式中 ――恆速階段的乾燥時間，s；
――臨界乾燥速率，Kg.m.s；
――物料的初始含水量，kg.(kg絕乾料)；
――物料的臨界含水量，即恆速終了時的含水量，kg.(kg絕乾料)；
――單位乾燥面積上的絕干物料質量，kg絕乾料.m。
又∵
（8－37）
當缺乏U c數據時，可用式(8－37)計算。
(二)降速階段乾燥時間的計算
=－ （8－38）
式中 —―降速階段終了時物料的含水量，kg.(kg絕乾料)；
――指降速階段的瞬時乾燥速度，Kg.m.S。
（1）若U與X呈非線性關係，則採用圖解積分法求解；
（2）若U與X呈線性關係，即，
則
（8－39）
又∵代入上式中，
則
（8－40）
式中 K x――降速階段乾燥速率線的斜率，Kg絕乾料.m S。
