题目
为什么临界含水量 Xc 的确定对于如何强化具体的干燥过程具有重要的意义 ? 下列两种情况下 Xc 将会变大还是变小 ? ( 1 )提高干燥时气流速度而使恒速阶段的干燥速率增大时;( 2 )物料的厚度减小时。试从干燥机理加以分析。
为什么临界含水量 Xc 的确定对于如何强化具体的干燥过程具有重要的意义 ? 下列两种情况下 Xc 将会变大还是变小 ? ( 1 )提高干燥时气流速度而使恒速阶段的干燥速率增大时;( 2 )物料的厚度减小时。试从干燥机理加以分析。
题目解答
答案
干燥中,与临界点对应的物料含水量x c 称为临界含水量。临界点是恒速与降速阶段之分界点。在恒速阶段与降速阶段内,物料干燥的机理和影响干燥速率的因素是各不相同的。 物料在干燥过程中,一般均经历预热阶段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段,而其中恒速阶段和降速阶段是以物料的临界含水量来区分的。若临界含水量x c 值愈大,便会较早地转入降速干燥阶段,使在相同的干燥任务下所需的干燥时间愈长。由于两个干燥阶段物料干燥的机理和影响干燥速率的因素不同,因此确定x c 值对于如何强化具体的干燥过程有重要的意义。 因为临界含水量随物料的厚度和干燥条件而不同,所以对两种情况下 临界含水量x c 值 的变化可作如下的分析: ( 1 ) 提高干燥时气流速度可导致恒速阶段 Uc 的增加 ,但随着干燥速率增加, 内部水分扩散不及的现象就可能提前来临,即 临界含水量x c 值增大 。也就是:临界含水量x c 随恒速阶段的干燥速率的增加而增大。 ( 2 ) x c 随物料厚度的增加而增大,随物料厚度的减小而减小。因为物料厚度大,内部扩散路径长,阻力大,容易出现供不应求(来不及供应水分的表面汽化),故当 临界含水量x c 值 c 还较高时便已到达降速阶段。 因此 临界含水量x c 值增大。 同理,物料的厚度减小时, 临界含水量x c 值减小。
解析
临界含水量(Xc)是干燥过程中的关键参数,它标志着恒速干燥阶段与降速干燥阶段的分界点。在恒速阶段,干燥速率由外部条件(如气流速度、温度)主导;进入降速阶段后,速率受内部水分扩散速率限制。因此,Xc的大小直接影响干燥过程的阶段划分和总时间。若Xc较大,物料会较早进入降速阶段,导致干燥时间延长。通过调整干燥条件(如气流速度、物料厚度)改变Xc,可优化干燥效率。
(1)提高干燥时气流速度
恒速阶段干燥速率的变化
提高气流速度会增大恒速阶段的干燥速率(Uc),加快表面水分蒸发。
内部水分扩散的影响
当表面蒸发速率超过内部水分扩散速率时,内部水分供应不足的问题会提前出现,迫使干燥速率下降。此时,临界含水量(Xc)需增大以维持表面蒸发与内部扩散的动态平衡。
结论:Xc随恒速阶段干燥速率的增大而增大。
(2)物料厚度减小
内部扩散阻力的变化
物料厚度减小时,内部水分扩散路径缩短,阻力减小,水分扩散速率提高。
临界点的判断
由于内部扩散能力增强,在较低含水量时即可满足表面蒸发需求,临界含水量(Xc)会减小。
结论:Xc随物料厚度的减小而减小。