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噴霧干燥機(jī)—水分在物料中的運動
2018/9/17 11:09:01
物料的噴霧干燥過程實際上是一個熱量和質(zhì)量的傳遞過程:一方 面’物料從干燥介質(zhì)吸收熱量,即熱量由外往里進(jìn)行傳遞,另一方面,物料內(nèi)的水分由里向外傳遞,  含濕多孔介質(zhì)降低,達(dá)到干燥的目的。陶瓷工業(yè)中被干燥固體物料大部分都屬于多孔介質(zhì)。
內(nèi)部熱質(zhì)傳遞問題廣泛存在于化工、冶金、建筑、食品、地質(zhì)和水文等領(lǐng)城之中。因此客程介質(zhì)成為干燥研究的主要內(nèi)容之一. 20 世紀(jì)初,就有人已經(jīng)開始對固體物質(zhì)內(nèi)部的質(zhì)量傳遞過程進(jìn)行研究。研究含濕多孔介質(zhì)內(nèi)部熱質(zhì)耦合同時傳遞規(guī)律不僅能豐富傳熱傳質(zhì)理論,深人了解多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)及物理和化學(xué)性能,而且有廣泛的實用價值,對節(jié)約能源、控制產(chǎn)品質(zhì)量等具有重要的意義。多孔介質(zhì)內(nèi)部的復(fù)雜性決定了其內(nèi)部熱質(zhì)傳遞的復(fù)雜性。傳遞過程的物理機(jī)制不清晰,且其影響因素繁多,過程觀察困難等諸多原因,迄今為止還沒有一種理論模型能滿意地描述干燥過程中多孔介質(zhì)內(nèi)部的濕分傳遞機(jī)理。然而,正如De Vries在一篇回顧性文章中指出的那樣,存在兩個方面的原因促使人們對含濕多孔介質(zhì)內(nèi)部熱質(zhì)傳遞規(guī)律進(jìn)行研究:其一,存在著廣泛的應(yīng)用背景;其二,目前還缺少滿意的理論。
研究表明,含濕多孔物料在干燥過程中存在著5種可能的濕分遷移機(jī)制,它們分別為:

1、毛細(xì)管力(表面張力)引起的液體在毛細(xì)管內(nèi)的流動遷移;

2、濕分在壓力梯度作用下在多孔介質(zhì)空隙中的滲流遷移;

3、由于物料內(nèi)部溫度梯度而引起的濕分熱擴(kuò)散遷移;

4、濕分在毛細(xì)通道中蒸發(fā)與冷凝所引起的濕分遷移。

5、濕分(液體和蒸汽)在濃度梯度作用下的擴(kuò)散遷移;

液態(tài)擴(kuò)散理論

噴霧干燥機(jī)干燥時固體物料內(nèi)水分的遷移是以液體濃度梯度為驅(qū)動力,以液態(tài)擴(kuò)散形式進(jìn)行遷移的。他們假設(shè)擴(kuò)散系數(shù)為常數(shù)或與溫度或濃度線性相關(guān),在物料內(nèi)部各向同性的基礎(chǔ)上,應(yīng)用Fick方程進(jìn)行描述。這種理論認(rèn)為液體擴(kuò)散是水分遷移的唯一方式, 這一點廣受質(zhì)疑。Hougen 等人指出,在某些情況下如果采用可變擴(kuò)散系數(shù),計算結(jié)果會更好。他們還認(rèn)為:

①在物料的平衡水分含量低于大氣飽和點時,擴(kuò)散方程能用于黏土、淀粉、面粉、織物、紙張和木材的干燥。

②對于固液互溶的單相固體系統(tǒng),擴(kuò)散方程能用于肥皂等物料的干燥。

Babbit則認(rèn)為,物體內(nèi)擴(kuò)散的動力不應(yīng)該是濕分的濃度梯度而是壓力梯度。而且由于吸附和解吸的復(fù)雜性,濃度和壓力之間一般也不會是線性關(guān)系。擴(kuò)散理論并未考慮收縮、表面硬化等因素,在應(yīng)用中除了濃度和溫度,與擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)的其他因素被忽略。因此它的物理有效性很值得懷疑。然而,并不能否定液態(tài)擴(kuò)散會造成濕分遷移,同時由于它的形式簡單明了、使用方便,迄今仍被許多人應(yīng)用。

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