2018年09月12日

冷凍干燥的原理



  一、 干燥原理

  干燥泛指從濕物料中除去水分(後面的干燥泛指水分)或其他濕分的各種操作。如在日常生活中將潮濕物料乾燥機置於陽光下曝曬以除去水分,工業上用硅膠、石灰、濃硫酸等除去空氣、工業氣體或有機液體中的水分(減濕)。在工業生產中,干燥通常指用熱空氣、煙道氣以及紅外線等加熱濕固體物料,使其中所含的水分或溶劑汽化而除去,是一種屬於熱質傳遞過程的單元操作。干燥的目的是使物料便於貯存、運輸和使用,或滿足進一步加工的需要。例如谷物、蔬菜經干燥後可長期貯存;合成樹脂干燥後用於加工,可防止塑膠制品中出現氣泡或雲紋;紙張經干燥後便於使用和貯存。干燥廣泛應用實驗型噴霧乾燥機於化工、食品、輕工、紡織、煤炭、農林產品加工和建材等各部門。

  原理:在一定溫度下,任何含水的濕物料都有一定的蒸氣壓,當此蒸氣壓大於周圍氣體中的水汽分壓時,水分將汽化。汽化所需熱量,或來自周圍熱氣體,或由其他熱源通過輻射、熱傳導提供。含水物料的蒸氣壓與水分在物料中存在的方式有關。物料所含的水分,通常分為非結合水和結合水。非結合水是附著在固體表面和孔隙中的水分,它的蒸氣壓與純水相同;結合水則與固體間存在某種物理的或化學的作用力,汽化時不但要克服水分子間的作用力,還需克服水分子與固體間結合的作用力,其蒸氣壓低於純水,且與水分冷凍乾燥機含量有關。在一定溫度下,物料的水分蒸氣壓p同物料含水量x(每千克絕對干物料所含水分的千克數)間的關系曲線稱為平衡蒸氣壓曲線(平衡蒸氣壓曲線),一般由實驗測定。當濕物料與同溫度的氣流接觸時,物料的含水量和蒸氣壓下降,系統達到平衡時,物料所含的水分蒸氣壓與氣體中的水汽分壓相等,相應的物料含水量x﹡稱為平衡水分。平衡水分取決於物料性質、結構以及與之接觸的氣體的溫度和濕度。膠體和細胞質物料的平衡水分一般較高,通過干燥操作能除去的水分,稱為自由水分(即物料初始含水量x1與x﹡之差)。

  將濕物料置於溫度、濕度和氣速都恆定的氣流中,物料中的水分將逐漸降低動化機械設備。由實驗可測得干燥速率 N與物料含水量x的關系曲線(干燥速率曲線),此曲線稱為干燥速率曲線。干燥速率為單位時間內單位物料表面汽化的水量,即:

  式中G為絕對干物料的質量;A為暴露於氣流中的物料表面積;x為物料的含水量;τ為干燥時間。從圖示的干燥速率曲線可知:濕物料的干燥過程分為恆速干燥和降速干燥兩個階段,分界點的含水量稱為臨界含水量Xc。臨界含水量不僅取決於物料的性質和結構,還與氣速、溫度和濕度以及干燥器的類型有關。在恆速干燥階段,物料的含水量大於臨界含水量,物料表面布滿非結合水分。若熱量的供應僅來自熱氣體,則物料的表面溫度等萃取濃縮於氣體的濕球溫度。此階段的干燥速率與物料的性質和含水量無關,僅取決於干燥器的結構以及氣體的流速和性質。恆速干燥階段所汽化的水分,全部為非結合水分。在降速干燥階段,物料的含水量低於臨界含水量,干燥速率的變化規律與物料的性質和結構尤其是水分的存在方式有關。這時水分在固體物料內部的擴散起重要作用。減薄物料的厚度或減小其粒度,能夠有效地提高干燥速率。降速干燥階段汽化除去的水分包括剩余的非結合水分和部分結合水分。物料的溫度在干燥過程中逐漸升高。
posted by 生理期保養 at 10:28| Comment(0) | 機械設備 | 更新情報をチェックする
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