給學(xué)生-食品工程原理(下冊(cè))

PAGEPAGE75葉盛權(quán)ShengquanYe葉盛權(quán)ShengquanYe食品工程原理PrinciplesofFoodEngineering第一章蒸餾一、傳質(zhì)基礎(chǔ)食品工業(yè)生產(chǎn)中的傳質(zhì)過(guò)程相平衡及其計(jì)算二、傳質(zhì)原理質(zhì)量傳遞方式傳質(zhì)微分方程分子傳質(zhì)（擴(kuò)散）對(duì)流傳質(zhì)（擴(kuò)散）三、流動(dòng)中的傳質(zhì)與相似類比]第一節(jié)概述吸收：分離均相氣體混合物。蒸餾：分離均相液體混合物。工業(yè)酒精：含淀粉（原料）→發(fā)酵→醪液→蒸餾→酒精（95%以上）。醪液：C2H5OH8%+H2O+醛、酮、酯、高級(jí)醇、有機(jī)酸+不揮發(fā)物少量。吸收原理：人為地造成多相，在相同條件下，溶解度的不同而達(dá)到分離。蒸餾原理：認(rèn)為地造成多相，在相同條件下，各個(gè)組分揮發(fā)度不同而達(dá)到分離。二、蒸餾的種類1.按所得產(chǎn)品純度分：（1）簡(jiǎn)單蒸餾（2）平衡蒸餾（3）精餾（4）特殊精餾。2.按操作連續(xù)性分：（1）連續(xù)蒸餾（2）間歇蒸餾。3.按操作壓強(qiáng)分：（1）常壓蒸餾（2）減壓蒸餾（3）加壓蒸餾。4.按組分多少分：（1）雙組分蒸餾（2）多組分蒸餾本章重點(diǎn)介紹雙組分、常壓、連續(xù)操作。三、幾種蒸餾方法簡(jiǎn)介1.簡(jiǎn)單蒸餾得到不同成分產(chǎn)品特點(diǎn)：τ↑x↓得到不同成分產(chǎn)品冷凝器殘液冷凝水蒸汽原料冷凝器殘液冷凝水蒸汽原料全凝器汽全凝器汽回流2.精餾回流F，xF原料產(chǎn)品xDD特點(diǎn)：產(chǎn)品成分穩(wěn)定。F，xF原料產(chǎn)品xDD再沸器連續(xù)性、間歇式。再沸器Wxw殘液塔頂回流，保持板上濃度穩(wěn)定，則產(chǎn)品xD=const.Wxw殘液四、本章需要解決的問題D、xDD、xD分離W、xW已知：F、xFW、xW計(jì)算：（1）選擇適宜的操作條件。塔高決定產(chǎn)品質(zhì)量（2）塔體主要尺寸塔徑?jīng)Q定產(chǎn)品產(chǎn)量（3）產(chǎn)品量Dkmol/h.（4）殘液量Wkmol/h.（5）冷凝器熱交換面積Am2.冷凝劑（水）的量。（6）再沸器的加熱面積A′m2.加熱蒸汽量。（7）如何提高分離效率。2.操作型計(jì)算已知：設(shè)備、加料口位置、加料狀態(tài)、回流比、原料濃度、塔頂、塔底采出量。求：a、xD、b、xw、c，每板上汽、液濃度，蒸餾計(jì)算的依據(jù)：物料衡算、相平衡關(guān)系。第二節(jié)二元物系的汽——液平衡關(guān)系一、相平衡關(guān)系表達(dá)形式1.數(shù)字描述理想液溶：非理想液溶：P總PBPA圖象表達(dá)

P總PBPAPBPBPA非理想理想xyxy非理想xt理想xt非理想理想xyxy非理想xt理想xt二、相對(duì)揮發(fā)度1.揮發(fā)度（v）：表示某組分揮發(fā)能力的大小。理想純度液體：非理想混合液體：2.相對(duì)揮發(fā)度α定義：純液體或理想溶液：非理想溶液：若α=1，即vA=vB,一般蒸餾不能分離，要用特殊蒸餾法。若α>1能夠分離，α?1易分離，α<1能夠分離。結(jié)論：α的大小表示分離難易的程度。第三節(jié)蒸餾方式一、簡(jiǎn)單蒸餾操作：進(jìn)料和出殘液是分批的即間歇的，而產(chǎn)品是連續(xù)的。特點(diǎn)：適用于沸點(diǎn)相差大，粗餾情況。3.計(jì)算：（1）產(chǎn)品量kmol（2）產(chǎn)品濃度xD（3）蒸汽用量4.依據(jù)：物料衡算、相平衡關(guān)系二、平衡蒸餾（閃蒸）目的：平衡數(shù)據(jù)三、精餾1.概述：簡(jiǎn)單蒸餾：xD↓且不穩(wěn)定。精餾：xD↑且穩(wěn)定。多次部分汽化，B↑量↓不穩(wěn)定。多次部分冷凝，A↓量↓不穩(wěn)定。若以簡(jiǎn)單蒸餾來(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)備費(fèi)↑動(dòng)力費(fèi)↑。2.精餾的原理：AA多次部分汽化液相汽相多次部分汽化BB多次部分液化汽相液相多次部分液化BAL，x1汽相BAv,y3液相升降x1→x2,y3→y2,升降本質(zhì)：每一板上同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱，vA>vB（揮發(fā)度），yA>xA.目的：得到濃度而且穩(wěn)定的產(chǎn)品。手段：塔頂回流，塔底提供蒸汽。原理：vA>vB，yA>xA.第四節(jié)二元連續(xù)精餾的分析和計(jì)算一、計(jì)算的內(nèi)容與依據(jù)1.設(shè)計(jì)型計(jì)算以知：Fkmol/h,xF、xD、xw.確定：Dkmol/h，wkmol/h.塔高、塔徑、冷凝器的冷凝面積Am2，再沸器的加熱面積A′m2，冷凝劑量，加熱蒸汽量。2.操作型計(jì)算已知：塔設(shè)備、操作條件、t、P、R求：xD、xw、x3.計(jì)算依據(jù)物料衡算、熱量衡算、相平衡關(guān)系二、設(shè)計(jì)型精餾計(jì)算：1.求D、W、kmol/h,已知：F、xD、xw、xF依物料衡算F=D+WFxF=DxD+Wxw塔頂采出率，D不能任意取，要符合下列關(guān)系式：FxF=DxD+Wxw，其極限Wxw=0時(shí)，達(dá)到極限值.2.塔高的確定板式塔塔型填料塔決定板式塔的板數(shù)：物料性質(zhì)、操作條件、設(shè)備結(jié)構(gòu)。H=Neh,h塔間距m,Ne為實(shí)際塔板數(shù)。E0為板效率，則E0=N/Ne三、理論塔板數(shù)及操作線N=N精+N提1.精餾段理論板數(shù)N精依物料衡算、相平衡關(guān)系。2.物料衡算求取操作線方程全塔：F=D+WFxF=DxD+Wxw精餾段：v=L+Dvyn+1=DxD+Lxn操作線為直線的條件：（1）L=const，L1=L2=…=Ln,即每板回流量相同，v1=v2=…=vn,即每板上升的蒸汽量相同，L、v=const.稱為恒摩爾流。（2）vA=vBKJ/kmol,Q混合熱=0（3）各板間溫差△t=0.操作線方程各除以D：R的物理意義：每得到單位產(chǎn)量產(chǎn)品所需要的回流量，稱回流比。提餾段：L′=V′+WL′xm=Wxw+ym+1V′操作線為直線的條件：L′、V′=const.即恒摩爾流率時(shí)，才為直線。四、進(jìn)料狀況分析1.五種進(jìn)料方法：（1）冷液體進(jìn)料A.（2）泡點(diǎn)進(jìn)料B.（3）氣、液混合進(jìn)料C.┇┇┇┇┇┇·B·A·E·D·Cx(y)xF1.0┇┇┇┇┇┇·B·A·E·D·Cx(y)xF1.00t 2.分析（1）以汽、液混合進(jìn)行為基準(zhǔn)：vv′(1-q)FqFF(1-q)Fv=v′+（1-q）Fvv′(1-q)FqFF(1-q)FL′=L+qFqFL0<q<1qFLL′（2）以泡點(diǎn)進(jìn)料為基準(zhǔn)L′vFv=v′vFL′=L+Fv′FLq=1v′FLvL′（3）飽和蒸汽進(jìn)料vL′Lv′FFv=F+v′Lv′FFL=L′L′q=0L′（4）冷液體進(jìn)料vFv′=v+△vFL′=L+F+△FLΔv′q>1FLΔv′L′L′vΔ（5）過(guò)熱蒸汽進(jìn)料vΔFv′LFv=△+F+v′Fv′LFL=L′+△L′q<L′五、q值的確定以加料板進(jìn)行熱量衡算設(shè)V,iv'L,iL'F,iFV,ivL,iV,iv'L,iL'F,iFV,ivL,iL六、確定理論塔板數(shù)N：1.逐板計(jì)算法：注：若不泡點(diǎn)進(jìn)料，xd的求法是用精餾段操作線的交點(diǎn)查得。加料板上的汽—液濃度：注：只有泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，進(jìn)料濃度才等于進(jìn)料板的濃度。2.圖解法通用圖解法（M—T）：兩種方法簡(jiǎn)捷圖解法M—T法： 作圖步驟：作平衡線（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）作精餾段操作線 q線ad作提餾段操作線q線adxDxFxwB′Bc′bcexDxFxwB′Bc′bce為了作提餾段操作線方便，下面用對(duì)角線方程。q>1q=10<q<1q=0q<0xDxFxwabeq>1q=10<q<1q=0q<0xDxFxwabex1Ay2x1Ay2x2By3x2By3注：q線及其q線方程的物理意義：q線方程表示進(jìn)料狀態(tài)，q線是精餾段、提餾段操作線的交點(diǎn)軌跡，不隨回流量而改變。七、直接蒸汽加熱理論板數(shù)N條件：F、xF、xD、R、q與間接加熱相同。（1）熱的利用率高目的（2）可用低壓蒸汽作熱源（3）節(jié)省再沸器注：產(chǎn)品濃度xD不變，回流比不變時(shí)，精餾段操作線不變，其它條件的改變只是影響提餾段操作線。xDxFxwx′waebcxyxDxFxwx′waebcxy八、具有分凝器的理論板數(shù)的確定分凝器的作用：避免內(nèi)回流，從而減少加熱蒸汽用量，分凝器相當(dāng)一塊理論板。九、實(shí)際塔板數(shù)Ne的確定理論板數(shù)：y2、x2平平衡所需的接觸面積足夠大，接觸時(shí)間足夠長(zhǎng)，因此實(shí)際上是達(dá)不到的，則，實(shí)際推動(dòng)力比理論的小，即則平操y2Ne操y2實(shí)y′2影響分離效果因素：實(shí)y′2x1x2y3物系性質(zhì)：μ、σ、ρx1x2y3操作條件：t、p、u。設(shè)備、結(jié)構(gòu)、型式。板效率的表示方法：第五節(jié)回流比的影響及選擇一、回流比的影響全回流時(shí) 特點(diǎn)：無(wú)產(chǎn)品即D=0，w全回流時(shí) 特點(diǎn)：無(wú)產(chǎn)品即D=0，w=0;操作線與對(duì)角線重合：開機(jī)時(shí)，必須進(jìn)行。生產(chǎn)不正常情況下，進(jìn)行。當(dāng)R減小時(shí)，二、回流比的選擇cadydy1RR適Rmin設(shè)備費(fèi)操作費(fèi)總費(fèi)費(fèi)用cadydy1RR適Rmin設(shè)備費(fèi)操作費(fèi)總費(fèi)費(fèi)用xDxdxFexDxdxFexDxdxFaedcydy1xDxdxFaedcydy1平衡線不正常時(shí)，如右圖，由點(diǎn)a(xD,y1)向平衡線作切線，再由切線的斜率或截距求Rmin.第六節(jié)簡(jiǎn)捷計(jì)算法求理論板數(shù)一、應(yīng)用：估算；依據(jù)：N=f(R)R↓N↑，R↑N↓吉利蘭（Gilliland）實(shí)驗(yàn)條件：（1）物系：8個(gè)（2）組分：2~11個(gè)（3）操作壓力：1~40atm,Rmin=0.35~7.0（4）進(jìn)料狀態(tài)：5種（5）理論板：N=2~43塊（6）相對(duì)揮發(fā)度：α=1.26~4.05N與R的對(duì)應(yīng)關(guān)系RRmin增大→∞N∞減小→Nmin1.0作關(guān)聯(lián)圖：1.0N—Nminy=N+1N—Nminy=N+1已知：R、Rmin、Nmin求：NRmin1.00R=KRmin1.00Nmin：R=∞，N=Nmin，yn+1=xn作梯級(jí)求Nmin，也可用計(jì)算法求Nmin。二、加料板位置1.泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，xd=xF精餾段最小理論板數(shù)Nmin:2.非泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，xd≠xF3.近似計(jì)算法結(jié)論：H=Neh→N→圖解法、逐板計(jì)算法、簡(jiǎn)捷法→R→Rmin.第七節(jié)其它蒸餾法一、間歇蒸餾只有精餾段，塔底進(jìn)料當(dāng)R定時(shí)，xD↓當(dāng)xD定時(shí)，R↑D↓間歇蒸餾與簡(jiǎn)單蒸餾的比較：相同點(diǎn)：分批進(jìn)料不同點(diǎn)：當(dāng)R定時(shí)，xD↓簡(jiǎn)單蒸餾不存在回流比R，xD↓。xD間>xD簡(jiǎn)，簡(jiǎn)單蒸餾不存在精餾段。二、水蒸汽蒸餾與水不互溶的物料進(jìn)行蒸餾時(shí)，為降低其沸點(diǎn)，可以應(yīng)用。三、特殊蒸餾概述：為了得到高純度產(chǎn)品，或?qū)M分的沸點(diǎn)相差不到1℃如：乙醇、苯和環(huán)己烷80.1℃，80.73方法：恒沸蒸餾、萃取蒸餾、分子蒸餾。1.恒沸蒸餾：原理：加入挾帶劑C：FAB（引力）<FBC，C與B形成恒沸物，其沸點(diǎn)比AB低，挾帶劑的選擇：要形成新的恒沸物。恒沸物與原來(lái)的沸點(diǎn)相差要大，一般要大10℃以上。冷凝易分層。安全性。2.萃取蒸餾原理：加入E萃取劑，F(xiàn)AB<FBE，α↑，E與B不形成恒沸物，要求萃取劑沸點(diǎn)高，不易汽化。E糠醛例：原料苯（80.1℃）+環(huán)己烷（80.73℃）E糠醛A+BA+B苯環(huán)已烷苯環(huán)已烷加入糠醛對(duì)環(huán)己烷—苯相對(duì)揮發(fā)度α的影響糠醛的mol分率xE00.20.40.60.7環(huán)己烷（A）對(duì)（B）的α0.981.381.862.352.7萃取劑的選擇：使αAB增大溶解度大tE》tA,tE《tB經(jīng)濟(jì)安全恒沸與萃取蒸餾的比較：萃取操作靈活，能耗小，產(chǎn)量小。恒沸操作不靈活，能耗大，產(chǎn)量大。習(xí)題：1.精餾段y=0.75x+0.2.75,q線方程y=-0.5x+1.5xF.求：(1)R.(2)xD.(3)當(dāng)xF=0.44mol分率時(shí)，加料板上液相組成。2.精餾流程圖示，塔內(nèi)有三塊理論板，進(jìn)料板為第二塊，已知進(jìn)料為泡點(diǎn)，且求第三塊板上升蒸汽組分含量y3=?ywy3FxFw,xwxD321ywy3FxFw,xwxD3213.含A為0.4mol（下圖）的雙組分溶液，要求塔頂產(chǎn)品xD=0.95,塔底xw=0.05.飽和液體進(jìn)料，α=0.25，求Rmin.ydedxF=xdydedxF=xd4.含苯-甲苯物系的物料，進(jìn)料含苯0.4（mol），求在100℃解：由t-x-y圖查xF=0.4,100℃相平衡關(guān)系，P5查圖傳統(tǒng)的提取新疆紫草色素有效成分的方法有水蒸汽蒸餾、減蒸餾、溶劑萃取等，其工藝復(fù)雜，產(chǎn)品純度不高。超臨界流體萃?。⊿upercriticalfluidextraction,簡(jiǎn)稱SFE）是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種新型提取技術(shù)，通常以臨界狀的CO傳統(tǒng)的提取新疆紫草色素有效成分的方法有水蒸汽蒸餾、減蒸餾、溶劑萃取等，其工藝復(fù)雜，產(chǎn)品純度不高。超臨界流體萃?。⊿upercriticalfluidextraction,簡(jiǎn)稱SFE）是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種新型提取技術(shù)，通常以臨界狀的CO2為萃取劑，超臨界流體（SF）具有和液體相近的密度，其粘度與氣體相近，擴(kuò)散系數(shù)為液體的10~100倍，因此對(duì)許多物質(zhì)有較好的滲透性和較強(qiáng)的溶解能力。第四章液-液萃取第一節(jié)概述一、萃取方法的依據(jù)一種溶劑對(duì)不同的物質(zhì)具有不同的溶解度。二、什么是萃取加入適當(dāng)?shù)娜軇┯诨旌衔镏校够旌衔镏械慕M分得到完全或部分分離的目的，這種過(guò)程稱為溶劑萃取。三、萃取操作的本質(zhì)是一種傳質(zhì)過(guò)程。是由于當(dāng)溶劑加入到混合液中經(jīng)過(guò)充分的混合后，待分離組分由原混合液通過(guò)兩相界面擴(kuò)散到萃取劑的主體中。也就是說(shuō)，溶質(zhì)由混合液相轉(zhuǎn)移到萃取相中，達(dá)到了與原溶液分離的目的。四、萃取過(guò)程的應(yīng)用1.所需分離的組分濃度很低。如某些含油量低的魚肝，是用而二氯乙烷作溶劑萃取出來(lái)的。2.需要分離的各組分沸點(diǎn)很接近。3.熱敏性很高的組分（即受熱后易分解的組分）。稀有金屬冶煉中的凈化分離。如釩、鎳、鈷等從原礦中分離出來(lái)。萃取與蒸餾兩種方法均可分離時(shí)，用萃取法較經(jīng)濟(jì)。工業(yè)系統(tǒng)中的廢水處理。廢水中有用物質(zhì)（或有害物質(zhì)）一般含量都較低，用萃取法處理較經(jīng)濟(jì)。如廢水脫酚就用萃取法。上海染化五廠用萃取法使廢水酚由6萬(wàn)ppm降至40ppm，再作生化處理后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。許多農(nóng)藥廠的廢水中含酚亦采用萃取法。第二節(jié)萃取操作的原理一、相平衡萃取操作與蒸餾一樣，其基礎(chǔ)也是相平衡關(guān)系，也即是說(shuō)以相際平衡作為過(guò)程的極限。萃取操作至少涉及三個(gè)組分，即待分離的兩個(gè)組分和新加入的萃取劑，所以也稱三元物系。所以討論的是三元物系的相平衡，其平衡關(guān)系通常用三角形相圖來(lái)表示。二、三角形相圖三角形相圖可以用正三角形和直角三角形兩種，后者使用較方便。萃取中混合物組分的組成——用質(zhì)量分率表示。AA（純?nèi)苜|(zhì)）AA（純?nèi)苜|(zhì)）EMEEMEGFSBS（純?nèi)軇〨FBGFSBS（純?nèi)軇〨FBA——表示溶質(zhì)（待分離的物質(zhì)）B——表示稀釋劑（原溶液中的溶劑）S——表示萃取劑（新加入的溶劑）將等邊三角形（直角三角形）等分為10等分，每一個(gè)格表示0.1質(zhì)量分率，故有：三角形頂點(diǎn)A、B、S表示含A、B、S的純組分，即xA=1,xB=1,xS=1.三角形邊上任一點(diǎn)，表示二元混合物的組成，其中不含第三組分。如：AB邊上E點(diǎn)，只含A和B，不含S，E點(diǎn)的組分直接在邊上讀出，.xA+xB=1.BS邊上F點(diǎn)，只含B和S，不含A，xB+xS=1.三角形內(nèi)任一點(diǎn)，代表三元混合物的組成。如圖M點(diǎn)，表示含有A、B、S三個(gè)組分的三元混合物，其含量為：三、聯(lián)結(jié)線與溶解度曲線1.三元物系中A、B、S的關(guān)系。A與B及A與S為互溶（即兩溶液混合后成為均勻一相，不分層）。B與S部分互溶（即兩溶液混合后會(huì)分為兩個(gè)組成不同的液層——輕相層和重相層）。2.聯(lián)結(jié)線和溶解度曲線聯(lián)結(jié)線（又稱平衡線）——聯(lián)結(jié)互成平衡的兩液相層E和R的直線。聯(lián)結(jié)線的求取如圖中BS線上一點(diǎn)M，此點(diǎn)不含A，只含B和S：含B為由于B和S是部分互溶的，故混合點(diǎn)M是不穩(wěn)定的，而是分成相對(duì)穩(wěn)定的D相和G相，D相和G相組成不同但互成平衡。AAPPM3E2E3MM3E2E3M2R3E1M1R1R2E1M1R1R2SBGMDGMD對(duì)混合物M逐漸加入溶液A，所形成的新的混合物的組成點(diǎn)M1、M2、M3、…，這些混合物為三元混合物，也會(huì)重新分成對(duì)應(yīng)的兩相，此兩相也是平衡的，R1?E1,R2?E2,R3?E3,…，且M1、M2、M3將沿線段AM向頂點(diǎn)A移動(dòng)。直線DMG、R1M1E1、R2M2E2、R3M3聯(lián)結(jié)線——是聯(lián)結(jié)兩平衡液層R和E的直線，故聯(lián)結(jié)線也稱為平衡線由平衡數(shù)據(jù)作出。（4）溶解度曲線將代表諸平衡液層的各坐標(biāo)點(diǎn)連接起來(lái)，形成一條平滑的曲線DR1R2R3PE3E2E1G3.P點(diǎn)——臨界混合溶點(diǎn)，互相和R相合并于一點(diǎn)形成均勻一相的點(diǎn)。此點(diǎn)不一定在曲線的中間。溶解度曲線上任一點(diǎn)都是均相點(diǎn)，落在此曲線上任一點(diǎn)的混合液不會(huì)分層。P點(diǎn)將溶解度曲線分為左右兩支——代表R相的點(diǎn)均落在左半支PD曲線上，代表E相的點(diǎn)均落在右半支PG曲線上。一般情況下P點(diǎn)并不是曲線的頂點(diǎn)。溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。4.注意（1）通常聯(lián)結(jié)線按照同一方向緩慢地改變其斜率，但并不互相平行。由圖中R相和E相位置可以看出，R相靠近B點(diǎn)，說(shuō)明此相中稀釋劑含量高，E相靠近S點(diǎn)，說(shuō)明此相中溶劑含量高，這就是說(shuō)明，經(jīng)過(guò)溶劑處理的兩組分混合液，溶質(zhì)A有一部分從B溶液中轉(zhuǎn)移到S溶劑中，如果去掉溶劑S，A即可與B分離。（2）溶解度曲線將三角形分為二個(gè)區(qū)域，即均相區(qū)和兩相區(qū)。兩相區(qū)——溶解度曲線所包圍的區(qū)域。處于這個(gè)區(qū)域的任何組成的混合物，均會(huì)分成R相和E相。均相區(qū)——溶解度曲線以外的區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域中任一點(diǎn)的混合物都是均勻一相，不分層。（3）若組分B和S完全不互溶，則溶解度曲線兩端D和G與三角形的頂點(diǎn)B和S重合。如圖示，處于BC線上任何一點(diǎn)的二元混合物都會(huì)分成兩相——B相和S相。AAE1E2E3R1RE1E2E3R1R2R3SBSB四、輔助曲線一條間接表達(dá)R相和E相之間組成關(guān)系的曲線。1.輔助曲線的作法A（1）當(dāng)R相的位置低于E相時(shí)，其輔助曲線的作法是——通過(guò)已知點(diǎn)R1、R2、R3…等作BS線的平行線；再通過(guò)相應(yīng)的E1、E2、E3…等作AB線的平行線（即作BS的垂線）。兩平行線相交于F、G、H、J。AJE1E2E3E4R3R4JE1E2E3E4R3R4PFGHR1R2SBFGHJP即為此相圖的輔助曲線。輔助FGHR1R2SB曲線終止于溶解度曲線上的點(diǎn)P（臨界混溶點(diǎn)）。（2）若R的位置高于E時(shí)，其輔助曲線的作法是——通過(guò)已知點(diǎn)R1、R2、R3…等作AS線的平行線，再通過(guò)相應(yīng)的E點(diǎn)作AB線的平行線，兩平行線相交于FGHFJ，連結(jié)這些點(diǎn)即為輔助曲線。AAE3EE3E4R4GHJE1E2R1R2R3GHJE1E2R1R2R3FSBFSBAA注意：若所作的輔助曲線距溶解度曲線很遠(yuǎn)，不能將輔助曲線延伸求P點(diǎn)，此時(shí)，P點(diǎn)應(yīng)由實(shí)驗(yàn)求得。AAPSBPSB不能延伸求取P可以延伸求取PSB不能延伸求取P可以延伸求取PSB2.輔助曲線的作用——從已知某一相的組成，借助輔助曲線可以求得另一相的組成。如圖五、杠桿定律（亦稱比例定律）1.用來(lái)計(jì)算混合液M與兩平衡液層R和E之間的數(shù)量關(guān)系。并可應(yīng)用于萃取操作的三角相圖中各物料之間的數(shù)量關(guān)系。溶解度曲線以內(nèi)的區(qū)域稱為兩相區(qū)（亦稱分層區(qū)），若有一三元混合物的組成點(diǎn)為M，M點(diǎn)處于兩相區(qū)，故此混合液可以分為兩個(gè)液層R和E（連結(jié)R、E即為聯(lián)結(jié)線）；反之，若將R相和E相混合（R相和E相的組成可在圖上讀出），其總組成可用M點(diǎn)所示。M點(diǎn)——稱為和點(diǎn)。E點(diǎn)和R點(diǎn)——稱為差點(diǎn)。M和E與R的量關(guān)系可用杠桿定律確定。2.杠桿定律的內(nèi)容代表混合液總組成的點(diǎn)M和代表兩平衡液層的兩點(diǎn)（R與E）應(yīng)處于一直線上。E相和R相的量與線段MR和ME的長(zhǎng)度成比例。ERMFAERMFASBSB3.杠桿定律的應(yīng)用三元混合物M是由二元混合液F和純組分S混合而成，則有：M——也稱為和點(diǎn)F、S——稱為差點(diǎn)M、F、S處于同一直線上，依杠桿定律有：六、分配系數(shù)表達(dá)某一組在兩個(gè)互不相溶或部分互溶的液相中的分配關(guān)系。以KA表示：AAAAAAERxARyAEERxARyAEyA=xASByASBERxASByA=xASByASBERxASB第三節(jié)三角形相圖在單級(jí)萃取中的應(yīng)用S一、流程：SSFEE′脫SSFEE′脫SMR′脫SRMR′脫SRSE——萃取相；SE′——E脫S后的液體稱為萃取液；R——萃取相；R′——R脫S后的液體稱為萃余液。Emax——從S點(diǎn)作溶解度曲線的切線點(diǎn)。E′max——在一定操作條件下可能獲得的含組分A最高的萃取液的組成點(diǎn)。最大分離效果：取決于R′和E′的位置，這兩位置又取決于兩相區(qū)域大小和聯(lián)結(jié)線的斜率，而這兩個(gè)因素又決定于操作條件如溫度和萃取劑的選擇。二、單級(jí)萃取的圖解計(jì)算1.已知條件：由工藝條件確定一般F（xF）、R(xR)、R′(x′R′)為已知。2.計(jì)算內(nèi)容：計(jì)算加入溶劑S獲得的E和R及其組成。3.三角形相圖圖解計(jì)算步驟：根據(jù)相平衡數(shù)據(jù)作溶解度曲線，聯(lián)結(jié)線及輔助曲線。E′AE′AFS點(diǎn)——新溶劑在原點(diǎn)（頂點(diǎn)）S。FERR′BSF點(diǎn)——原料只含A和B，且xF為已知，ERR′BS在AB線上定F點(diǎn)。M點(diǎn)——R′由生產(chǎn)指標(biāo)確定（R′由工藝條件確定即xR′已知）R′也只含A和B，在AB線上可確定R′點(diǎn)，連SR′與溶解度曲線交于R（此為F中加入溶劑S后分為兩相中的一相），再由R點(diǎn)利用輔助曲線求出E點(diǎn)（E與R相平衡），聯(lián)RE并與SF線相交，此交點(diǎn)既為M點(diǎn)（F+S的混合點(diǎn)）。E′點(diǎn)求取——聯(lián)SE并延長(zhǎng)與AB邊相交于E′點(diǎn)，即為萃取液的組成點(diǎn)。（3）求S、E、R及R′、E′的質(zhì)量（kg）依杠桿定律求各量：依物料衡算有：S+F=R+E=M則R=M-E或E=M-RE′、R′：也可依杠桿定律求得：三、萃取過(guò)程分析1.單級(jí)萃取分離效果：從E′、R′所在位置可以看出，E′、R′是脫溶劑后的萃取液和萃余液，故落在AB線上，E′中含A較F中為高，R′中含A較F中為低（R′中含B組分比F中為高）。以上說(shuō)明：原料液中的溶質(zhì)經(jīng)過(guò)一次萃取已經(jīng)轉(zhuǎn)移到萃取液中，混合液得到了部分的分離。2.最大分離效果：在一定操作條件下萃取液中溶質(zhì)A的最高含量E′max點(diǎn)，其確定方法是：從S點(diǎn)作溶解度曲線的切線，切點(diǎn)為E′max，延長(zhǎng)切線與AB邊相交于E′max點(diǎn)，此點(diǎn)即為萃取液中含A的最高點(diǎn)，即E′max脫溶劑后的極限值。3.E′max位置與溶解度曲線有關(guān)：溶解度曲線范圍大，則E′max點(diǎn)愈靠近A點(diǎn)，最大分離極限值愈大，反之，則小。4.R′位置與聯(lián)結(jié)線斜率有極大關(guān)系——斜率大，R′點(diǎn)愈靠近B點(diǎn)，殘存于R′中的A含量愈低，溶解萃出率愈高。由此可看出：萃取分離效果直接與溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線有關(guān)。第四節(jié)影響萃取操作的因素一、萃取劑的選擇1.萃取劑對(duì)萃取過(guò)程的影響：萃取劑用量：影響萃取液含量和產(chǎn)量。萃取劑性質(zhì)：影響分離效果和經(jīng)濟(jì)性。2.萃取劑的選擇：選擇性系數(shù)用選擇性系數(shù)衡量溶劑的選擇性好壞。S對(duì)A溶解性能好，對(duì)B溶解性能差，稱之為選擇性好的溶劑，反之則差。例：選擇水為溶劑，從丙酮和醋酸乙醋中萃取丙酮，計(jì)算結(jié)果有（其中一組數(shù)據(jù)）xB=91%,yB=8.3%.解：KA=0.667E′maxE′maxAE′maxAE′maxABSBSE′maxBSBSE′maxB與S部分互溶B與S不溶B與S部分互溶B與S不溶從圖示說(shuō)明：B與S不互溶的程度大，愈有利于分離。三、溶劑的物理性質(zhì)密度、界面張力、粘度、凝固點(diǎn)、是否易燃有毒等，其中密度和界面張力應(yīng)特別注意。密度：所選S應(yīng)使R和E有較大的密差，使輕相與重相易分層。界面張力張力過(guò)?。阂兹榛?，難分層。張力過(guò)大：液體分散差，相間難于穿插接觸，影響傳質(zhì)效果。四、溶劑的化學(xué)性質(zhì)：具有化學(xué)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定、抗氧化穩(wěn)定等。五、溶劑回收難易：溶劑回收費(fèi)用是影響經(jīng)濟(jì)性的重要環(huán)節(jié)，要求S與其他組分的相對(duì)揮發(fā)度要大，特別是不具恒沸液。六、溶劑的經(jīng)濟(jì)性：價(jià)廉物美易得七、操作溫度的影響物系本身性質(zhì)：B與S的互溶度相圖上兩相區(qū)大小操作溫度：溫度低，兩相區(qū)面積大，有利于萃取操作。AAt1>tt1>t2>t3t3t2t1t1SBSB第五節(jié)多級(jí)逆流接觸萃取流程與計(jì)算一、多級(jí)逆流萃?。ㄈ?jí)為例）流程示意圖：R′x3,R3R′x3,R3x2,R2x1,R1F，xFR321E′SE3,y3E2,y2E1,y1E321E′SE3,y3E2,y2E1,y1ESS二、計(jì)算1.已知項(xiàng)目原料液F（kg/s）及其組成xF（質(zhì)量分率）溶劑用量S及其組成ys（若采用新溶劑ys=0）第三級(jí)排出的R相中的x3（即最末一級(jí)中的萃余相中的A組分）2.求達(dá)到要求的理論及各萃取相的（E相）中組分A的含量。3.用三角形相圖坐標(biāo)圖解理論級(jí)數(shù)的步驟：根據(jù)已知數(shù)據(jù)（平衡）在三角形坐標(biāo)圖上繪制溶解度曲線，并作出輔助曲線。據(jù)生產(chǎn)任務(wù)（即已知項(xiàng)目）定F（xF）點(diǎn)及R3（x3）點(diǎn)，并依杠桿定律求M點(diǎn)，由M點(diǎn)、Rn點(diǎn)定E1點(diǎn)，其方法為：a.F點(diǎn)：在AB線上依xF可定出F點(diǎn)。b.R3（Rn）即點(diǎn)：在溶解度左支線上依x3可定R3點(diǎn)。c.M點(diǎn)：連SF，依杠桿定律定M點(diǎn)，d.E1點(diǎn)：連并延長(zhǎng)，使與溶解度曲線右支線交于一點(diǎn)，此點(diǎn)即為E1點(diǎn)。依物料蘅算確定操作點(diǎn)△，然后用圖解作圖法求理論級(jí)數(shù)。a.操作點(diǎn)△的確定總物料蘅算：F+S=R3+E1=M即F–E1=R3–S第一級(jí)：F–E2=R1+E1即F–E1=R1–E2第二級(jí)：R1+E3=E2+R2即R1–E2=R2–E3第三級(jí)：R2+S=E3+R3即R2–E3=R3–S由上可得：F–E1=R1–E2=R2–E3=R3–S=△（常數(shù)）上式說(shuō)明：離開任意一級(jí)的萃余相流量與進(jìn)入此級(jí)的萃取相流量之差為一常數(shù)，以△表示，此值表示通過(guò)每一級(jí)的凈流量。則說(shuō)明和點(diǎn)為F、R1、R2、R3說(shuō)明和點(diǎn)為F、R1、R2、R3的差點(diǎn)分別為E1、E2、E3、S和△。R1=E2+△R2=E3+△R3=S+△則FE1△、R1E2△、R2E3△、R3S△這四條直線均有一共同點(diǎn)△，從F是E1和△的和點(diǎn)可知，△一定在三角形外面，所以是一虛擬點(diǎn)。b.共同點(diǎn)△可以從下面方法得出：兩線交點(diǎn)即△點(diǎn)連FE1兩線交點(diǎn)即△點(diǎn)連RnS并延長(zhǎng)c.作級(jí)數(shù)圖：①定出F、R′n（Rn）及M點(diǎn)，連RnM并延長(zhǎng)交于曲線右邊于E1點(diǎn)。②由E1利用輔助曲線求出與之平衡的R1相點(diǎn)。③連并延長(zhǎng)與溶解度曲線交于E2點(diǎn)。④由E2利用輔助曲線求出與之平衡的R2相點(diǎn)。⑤連并延長(zhǎng)與溶解度曲線交于E3點(diǎn)。⑥由E3利用輔助曲線求R3相點(diǎn)，若R3<Rn，則為最后一級(jí)。AAS△（差點(diǎn)）B（和點(diǎn)）（差點(diǎn)）RnE1F第五章干燥第一節(jié)概述工業(yè)上所討論的干燥——即熱能去濕法，借熱能使物料中的濕分氣化，并將氣化的蒸汽排除，從而獲得固體產(chǎn)品的單元操作。為了節(jié)省熱能，一般采用機(jī)械去濕法，如壓榨、過(guò)濾、離心泵分離、待水分降至一定程度，采用熱能去濕法。本章討論固體除水法，即固體的干燥。如：濕物料固→態(tài)產(chǎn)品鮮奶（80~85%水）→蒸發(fā)（45~50%水）→干燥→奶粉（2~3%水）。使用、運(yùn)輸、保存等方面干品比濕品都優(yōu)越。除去濕分方法：（1）對(duì)流傳熱（2）傳導(dǎo)傳熱（3）輻射傳熱（4）介電傳熱（5）綜合法。一、干燥的分類：對(duì)流傳熱干燥：優(yōu)：熱空氣既是載熱體又是載濕體，適用熱敏性物料。缺：熱量利用率低，能耗大，設(shè)備體積大，復(fù)雜。熱傳導(dǎo)干燥：優(yōu)：設(shè)備簡(jiǎn)單，適用于粘槽物料。缺：熱效率低。輻射干燥紅外干燥近紅外干燥：吸收帶窄紅外干燥遠(yuǎn)紅外干燥：吸收帶寬，殺菌（如：點(diǎn)心、香腸）介電加熱干燥原理：使偶極子不斷改變方向，從而產(chǎn)生內(nèi)摩擦產(chǎn)熱以汽化內(nèi)部水分達(dá)到干燥。f=50Hz,f=3×103MHz微波干燥：f=3×106MHz，λ=0.1~0.001μm特點(diǎn)：熱的利用率高。對(duì)流、傳導(dǎo)、輻射干燥：t物表>t物內(nèi)，C物內(nèi)>C物表，溫差與溫濕相反，則干燥速率低。介電熱干燥：t物內(nèi)>t物表，C物內(nèi)>C物表，△t與△C的方向一致，干燥速率高。如：軟糖干燥：20~30%水分→10%水分烘烤房：τ=72h（上海梅林罐頭廠）微波干燥：τ=3min,但耗電大，蒸掉1kg水需要2~3度電。冷凍升華干燥：速凍的目的：產(chǎn)品復(fù)原性強(qiáng)。本章著重介紹對(duì)流干燥法，以空氣作為干燥介質(zhì)，除去的濕分為水。所以是用熱空氣作為干燥介質(zhì)將固體物料中的水分除去的過(guò)程。二、干燥過(guò)程的傳熱與傳質(zhì)傳熱過(guò)程：傳質(zhì)過(guò)程傳熱和傳質(zhì)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。三、干燥過(guò)程的本質(zhì)是一種傳質(zhì)過(guò)程，水分由固體內(nèi)部轉(zhuǎn)移到氣體中，有質(zhì)的相際轉(zhuǎn)移。四、干燥過(guò)程進(jìn)行的條件：水分在物料表面的蒸汽壓必須大于干燥介質(zhì)中的水汽分壓。五、干燥過(guò)程的速度蒸汽壓差愈大，干燥過(guò)程進(jìn)行得愈迅速。所以，干燥過(guò)程中為保持一定的速度，必須將汽化的水分帶走，以保持一定的壓差（亦即過(guò)程的推動(dòng)力）。如果壓差等于零，表示介質(zhì)與物料間的水汽達(dá)到平衡，干燥過(guò)程終止。第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)及濕度圖一、濕空氣的性質(zhì)在整個(gè)干燥過(guò)程中，濕空氣既供給熱能又帶走水分，因而其參數(shù)是變化的，所以研究濕空氣的性質(zhì)是十分必要的。濕空氣的組成：由絕對(duì)空氣和水汽組成，是不飽和空氣。飽和濕空氣當(dāng)濕空氣中水蒸汽分壓增至同溫度下水的飽和蒸汽時(shí)，濕空氣即達(dá)到了飽和，此濕空氣為飽和濕空氣，可以說(shuō)，被水飽和了濕空氣。濕空氣性質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)：（1）空氣的濕含量（濕度）H說(shuō)明：（1）當(dāng)總壓一定時(shí)，H=f(Pw)即H與分壓有關(guān)；（2）當(dāng)濕空氣處于飽和狀態(tài)時(shí)，其濕度稱為飽和濕度。如：t=20℃時(shí)，空氣最大濕度HS?解：查20℃時(shí)，PS=17.54mmHg（2）相對(duì)濕度百分?jǐn)?shù)——簡(jiǎn)稱相對(duì)濕度分析：，溫度升到100℃以后，再升溫將不變，仍為1.85%，即對(duì)傳質(zhì)作用將為一定，但傳熱增大。（3）濕空氣的比容VH（濕比容）即1kg干空氣和其所帶有的Hkg水汽所占有的總?cè)莘e。以上五種表示法是空氣濕度等性質(zhì)的直接表示法，下面是間接表示空氣中水蒸汽的多少。（6）絕熱飽和溫度tas℃目的：H=f(tas)條件：大量水與少量空氣接觸。原理：存在ΔH=HS-H，傳質(zhì)推動(dòng)力；水分汽化所需熱量：空氣降溫供給；φ<1t,H水φ<1t,H水（7）干球溫度t、濕球溫度tw℃Hw空氣φ<1HttwΔt干球溫度t：用普通溫度計(jì)測(cè)得的溫度，也是濕空氣的真實(shí)溫度。濕球溫度twHw空氣φ<1HttwΔt目的：H=f(tw)水條件：大量空氣與少量水接觸水原理：開始t=tw，Δt=0，存在ΔH=Hw+H；而后t濕布↓，存在Δt℃，空氣供熱：對(duì)流給熱。Q空氣=αA（t-tw）（a）Q汽化需=γww（b）傳質(zhì)方面：w=KH（Hw-H）A（c）KH——傳質(zhì)系數(shù)kg水汽/m2sΔH（a）=（b）,得t紗布↓<t，紗布水分繼續(xù)汽化：汽化所需熱量首先取自紗布本身顯熱，紗布t下降，爾后與空氣形成對(duì)流換熱。當(dāng)Q空氣給=Q汽化需時(shí)，過(guò)程為動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)的溫度為tw。[分析]tas與tw的區(qū)別：它們的原理不同，有本質(zhì)的區(qū)別，tas運(yùn)用物料衡算和熱量衡算，是靜力學(xué)問題，是在φ=1時(shí)讀出的；tw是動(dòng)力學(xué)問題，是熱、濕平衡時(shí)讀出的；tas與tw一般情況下是不等的，在一定條件下，水、空氣系統(tǒng)時(shí)，tas=tw（8）露點(diǎn)溫度td將不飽和的濕空氣等濕冷卻至飽和時(shí)的溫度稱為td，此時(shí)有水珠析出，故稱為露點(diǎn)。目的：H=f(td)二、空氣的濕度圖濕度圖有兩種：t-H圖（溫濕圖）I-H圖（焓濕圖）作用：已知兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，利用此圖確定其它參數(shù)。2.不能作為獨(dú)立參數(shù)的有：Pw~td,t~Ps,H~Pw作圖條件：空氣——水蒸汽系統(tǒng)；P總=760mmHg包括八種線：（1）等干球溫度線（等t線）（2）等濕度線（等H線）（3）等相對(duì)濕度線（等φ線）（4）絕熱飽和線（等tas線）（5）濕比熱線（CH=1.01+1.88H）（6）干空氣的比容線（va線）（7）飽和比容線（vHs線）（8）等焓線（等I線）。第三節(jié)干燥器的物料衡算及熱量衡算物料G1w物料G1w1tM1C廢氣Lt2H2I2廢氣Lt2H2I2Lt1H1預(yù)熱器L、t0H0I0G2w2tM2CMG2w2tM2CI1空氣二、本章所要解決的問題風(fēng)量：m3濕氣（依物料蘅算）1.選風(fēng)機(jī)原則風(fēng)壓：ΔPmmH2O（依流體阻力）2.產(chǎn)品量：G2Kg3.干空氣量：LKg/hD蒸汽Kg/h;Am2設(shè)備：D徑、H高輔助設(shè)備三、空氣干燥器的物料衡算產(chǎn)量：G2Kg/h目的空氣用量：vm3濕空氣1.物料水分的表示方法：濕基：w%干基：x%濕物料=干料+水分（1）蒸發(fā)水量（2）產(chǎn)品量：G2（3）空氣用量：L（干空氣）四、空氣干燥器的熱量衡算目的：（1）能量的確定（2）能耗分配是否合理（3）L的確定必須先知H2，而H2與能耗有關(guān)。衡算范圍：基準(zhǔn)溫度0℃的熱焓為零；物基：以汽化1kg水分為基準(zhǔn)?？諝庠谶^(guò)程中變化情況：預(yù)熱器干燥器t0升↗t1降↘tH0=H1升↗Hφ0降↘φ1升↗φ1.輸入熱量q0——將空氣L從t0加熱至t1所需熱量；q0=L（1.01+1.88H0）（t1-t0）=LCH0（t1-t0），Kw，設(shè)熱損失為q′Kw，則預(yù)熱器熱負(fù)荷（總熱量）：qp=q0+q′kw，單位熱量消耗量——蒸發(fā)1kg水預(yù)熱器需供應(yīng)熱量為：2.輸出熱量（1）蒸發(fā)水分所需熱量q（kw）（2）被干燥物料由θ1升至θ2所需的熱量——是絕干物料帶走熱量和出口物料中水分帶走熱量二者之和：水的比熱4.187kJ/kg·水的比熱4.187kJ/kg·k絕干物料比熱（3）干燥器的熱損失q3（kw）——由傳熱公式計(jì)算，一般取經(jīng)驗(yàn)值15~50%。（4）隨廢氣帶走的熱量q4（kw）——不考慮粉塵，也不必慮蒸發(fā)水汽w，故可按L計(jì)算q4=LCH0(t2–t0)熱量衡算式：q0=q1+q2+q3+q4移項(xiàng)，并將q0、q4計(jì)算式代入并整理：LCH0(t2–t0)=q1+q2+q3分析：（1）上式可以確定空氣出口狀態(tài)點(diǎn)；（2）q1、q2、q3、w可以計(jì)算，t1、t2為已知（工藝確定或測(cè)定），CH0由進(jìn)口空氣狀態(tài)確定，利用此式可算出H2，t2、H2即可確定空氣出口狀態(tài)。（3）可以判斷廢氣的飽和程度。t2、H2確定，即可查出φ2的大小。五、干燥過(guò)程的分析目的：確定I2、H2空氣在干燥器中的狀態(tài)是發(fā)生變化的，而且是較復(fù)雜的，特別是焓值的變化?？諝獾撵手底兓捎忙疟硎荆篐1、i1——干燥器的進(jìn)口狀態(tài)H2、i2——空氣在干燥器的出口狀態(tài)ε的物理意義：干燥器內(nèi)補(bǔ)充熱量和損失熱量之差。理論：等焓過(guò)程ε=0實(shí)際過(guò)程：i1≠i2，ε≠0C3BI1IC3BI1IIC2t1φ2%φ1%Bt1C2t1φ2%φ1%Bt1φ=100%CC1AI0φ0%Cφ=100%CC1AI0φ0%Ct2t0φ=100%I1=I2I0At0t0φ=100%I1=I2I0At0H0H0=H1HH20H0H0=H1HH20非等焓過(guò)程等焓過(guò)程非等焓過(guò)程等焓過(guò)程非等焓過(guò)程又稱實(shí)際干燥過(guò)程，操作線在過(guò)B點(diǎn)等焓線的下方。如BC1：這種過(guò)程的條件：a.不向干燥器補(bǔ)熱量，即QD=0；b.不能忽略干燥器向周圍散失的熱量，即QL≠0；c.物料進(jìn)出干燥器時(shí)的焓不相等。（I1>I2）操作線在過(guò)B點(diǎn)的等焓線上方，如BC2：若向干燥器補(bǔ)充的熱量大于損失的熱量和加熱物料消耗的熱量之總和。（I1<I2）若向干燥器補(bǔ)充的熱量足夠多，恰使干燥過(guò)程在等溫下進(jìn)行，即空氣在干燥過(guò)程中維持恒定的溫度t1，這種過(guò)程的操作線為等溫線BC3。六、干燥器的熱效率和干燥效率干燥器的熱量衡算目的：確定干燥過(guò)程的耗熱量。分析總熱量的分配狀況——有效熱量和熱損失所占的比例——以便提高熱利用率和減少熱損失。例：市外加劑廠FDN（荼磺酸鈉）噴霧干燥系統(tǒng)操作數(shù)據(jù)：t0=25℃t1=160℃t2φ0=80%φ1=5%以下φ2=100%H0=0.018H1=0.018H2=3tas=45℃提高熱效率應(yīng)從干燥系統(tǒng)整體考慮，盡量減少熱損失。提高ηh、ηd的途徑a.廢氣熱的利用：預(yù)熱原料，預(yù)熱空氣，用于其它用熱的地方。b.設(shè)備及管道絕熱良好。第四節(jié)干燥速率和干燥時(shí)間一、概述原料不同，加熱介質(zhì)、操作狀況、影響干燥速率的因素：物系性質(zhì)空氣狀態(tài)：t、φ、H、I、u、p設(shè)備的型式二、物料中所含水分的性質(zhì)按除去水分的難易程度分：（1）結(jié)合水分（2）非結(jié)合水分按空氣在一定條件下能否被除去：（1）自由水分（2）平衡水分結(jié)合水：如CuSO4·5H2O,pw物<ps，不易除去；非結(jié)合水：是機(jī)械結(jié)合，易除去，pw物=ps，Δp↑；自由水分：介質(zhì)狀態(tài)，t、H一定，H物>H；平衡水分：介質(zhì)狀態(tài)一定，t、H一定，H物=H，ΔH=0例：x物=0.3kg/kg干物料,空氣t=25℃,φ=0.7，求：x自、x結(jié)、x自x非0.3x↑x平、x非？x自x非0.3x↑x結(jié)0.08解：x自=0.3~0.08x結(jié)0.08x平x結(jié)=0.2x平1.00.7x平=0.081.00.7φ→φ→三、干燥曲線干燥速率曲線1.干燥曲線x=f(θ),t℃=f(θ),θ—時(shí)間。Bx實(shí)驗(yàn)條件：恒定干燥條件，保持空氣狀態(tài)不變（t、φ），大量空氣與少量濕物料接觸。BxCAt℃↑CAt℃↑Ex*EDDCBAx*EDDCBAθ時(shí)間→θ時(shí)間→θ時(shí)間分析：（1）AB為預(yù)熱階段（2）BC為汽化階段t物=tw（3）CD為升溫階段t物>tw（4）DE為主要升溫階段注：不同時(shí)間的溫度t與濕度H的變化。2.干燥速率曲線UACBDEUACBDEx*x1xx*x1x2xBC為恒速干燥階段U恒=Uc。CE為降速階段x↓U↓影響干燥速率因素：恒速階段：x↓U=const,應(yīng)升高空氣的溫度，降低濕含量H，提高對(duì)流速度u↑(α↑).空氣降速階段：應(yīng)改變物料的狀況?？諝饪諝馕锪袭?dāng)空氣平行流過(guò)物了：空氣物料α=0.0204L′0.8，L′濕空氣的質(zhì)量流速，kg/m2·hL′=2450~29300kg/m2·h條件u=0.6~8.0m/s當(dāng)空氣垂直流過(guò)物料：α=1.17L′0.37，L′=3900~19500kg/m2·h條件u=0.9~4.6m/s降速干燥階段：U降↑，在滿足工藝要求時(shí)，應(yīng)增大接觸面積A↑，U降決定于物料本身的內(nèi)部擴(kuò)散。臨界點(diǎn)的確定：目的是為了明確強(qiáng)化干燥主要在恒速階段或是降速階段。xc——實(shí)驗(yàn)法測(cè)定3.干燥時(shí)間θ=θ1+θ2第五節(jié)干燥機(jī)理一、物料干燥機(jī)理1.物料干燥過(guò)程的推動(dòng)力與阻力分析：濕物料受熱的干燥過(guò)程：水分從物料內(nèi)部擴(kuò)散至表面→水分的表面汽化。（1）內(nèi)部擴(kuò)散過(guò)程——水分內(nèi)部遷移，其推動(dòng)力以濕度梯度表示或以溫度梯度表示。熱濕導(dǎo)：由于溫度所引起的內(nèi)部水分傳遞稱熱濕導(dǎo)。方向是由高溫到低溫。T兩種情況對(duì)比：Twm>0wwm>0wT>0方向相同熱ww=wm+wTw溫度由表層向內(nèi)部遞減則：wm溫度由表層向內(nèi)部遞減則：wm>0wT<0方向相反Tww=wm—wTw從結(jié)果上看，熱傳導(dǎo)干燥效果是較好的。（2）水分表面汽化過(guò)程——水分穿過(guò)氣膜，再擴(kuò)散到氣流主體中，克服氣膜層阻力是關(guān)鍵。氣膜層內(nèi)水蒸汽要大于外表空氣水蒸汽壓，水才能穿透氣膜到達(dá)介質(zhì)主體。水分由表層擴(kuò)散到介質(zhì)主體中去，表面汽化（擴(kuò)散）推動(dòng)力是由外部條件造成的。表面汽化（擴(kuò)散）推動(dòng)力=表面氣膜水汽分壓—?dú)庀嘀黧w中的水氣分壓。對(duì)于不同的干燥條件：熱風(fēng)干燥——干燥介質(zhì)帶走氣膜表面水汽，從而造成一定推動(dòng)力。真空干燥——真空泵的抽吸作用。2.表面汽化控制和內(nèi)部擴(kuò)散控制表面汽化控制：表面汽化速率小于內(nèi)部擴(kuò)散速率。內(nèi)部擴(kuò)散控制：內(nèi)部擴(kuò)散速率小于表面汽化速率。1）表面汽化控制：內(nèi)部水分能迅速到達(dá)物料表面，表面保持潤(rùn)濕，與汽化純水無(wú)異。此時(shí)表面汽化速率起主導(dǎo)作用。提高這一階段速率，便能強(qiáng)化干燥過(guò)程。t表=tw，如潮濕結(jié)晶物料。介質(zhì)狀態(tài)：t↑、φ↓、u↑強(qiáng)化結(jié)晶途徑介質(zhì)與物料接觸方式注意：（1）對(duì)于熱傳導(dǎo)、輻射干燥——由于t表≠tw，強(qiáng)化措施為提高供熱強(qiáng)度，改善接觸狀況。（2）對(duì)真空干燥——由于干燥介質(zhì)，強(qiáng)化措施為提高供熱強(qiáng)度和提高真空度。2）內(nèi)部擴(kuò)散控制：內(nèi)部擴(kuò)散速率小于表面汽化速率，水分無(wú)法及時(shí)到達(dá)表面，汽化面由表面移向內(nèi)部，這時(shí)空氣的外部條件已不是決定因素。強(qiáng)化途徑應(yīng)從內(nèi)部著手分析：減少料層厚度或減少粒徑。料堆疏松，攪拌翻動(dòng)。空氣穿達(dá)料層。采用傳導(dǎo)熱或輻射加熱，特別是對(duì)粘性物料更有效。二、干燥過(guò)程的臨界點(diǎn)——實(shí)驗(yàn)測(cè)定恒速段與降速段的分界點(diǎn)1.意義結(jié)合水與非結(jié)合水的界限點(diǎn)表面汽化控制和內(nèi)部擴(kuò)散控制的界限點(diǎn)2.臨界濕度（濕含量）——臨界點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的物料濕度。物料性質(zhì)（結(jié)構(gòu)）x0決定于物料狀況（顆粒大小、堆放情況、與空氣接觸方式）外界條件（主要介質(zhì)條件）U0BCUU0BCU臨界速度A臨界速度ADD臨界濕含量xxpx0臨界濕含量xxpx03.分析注意：（1）x0為測(cè)定值，是在一定條件下所得，條件不同，x0亦不同，但有一定范圍。（2）x0確定的意義：確定x0，可以劃清干燥過(guò)程主要由哪個(gè)階段控制，從而劃出有效的強(qiáng)化措施。如果x0值大，則過(guò)程會(huì)較早進(jìn)入降速階段，大大延長(zhǎng)干燥時(shí)間。x0小，物料干燥時(shí)間會(huì)縮短，x0小對(duì)干燥有利。（3）降低x0措施——設(shè)法形成多孔性物料，減少料層厚度，增強(qiáng)攪拌，減少顆粒細(xì)度，改善接觸方式等。習(xí)題：在恒定干燥條件下，于間歇干燥器中干燥某物料，當(dāng)其濕含量由0.33kg/kg干降到0.09kg/kg干時(shí)，共用了0.252×105秒，物料的臨界濕含量為0.16kg/kg干，平衡濕含量為0.05kg/kg干。求在同樣情況下，將該物料從濕含量0.37kg/kg干降至0.07kg/kg干時(shí)所需時(shí)間（第二階段干燥曲線作直線處理）。第六節(jié)干燥設(shè)備φ2φφ2φ1T1T1φ2φ1T1T1φ2φ1t1t2T2T2t1t2T2T2t2t1t2t1逆流順流逆流順流對(duì)Δtm前期大，后期小，推動(dòng)力比逆流??；推動(dòng)力比順流大，溫差變化小，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)有利。t1與T1接觸，易造成局部過(guò)熱龜裂；t2與T1接觸，x2可降到較小程度。出口物料與φ2空氣接觸，易返潮或x2不能降低；t1與T2接觸，進(jìn)口物料易返潮，增加干燥