《化工单元操作》干燥速率（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《化工单元操作》干燥速率-讲义 1、了解干燥速率和干燥时间。 知识点一 干燥速率和干燥速率曲线 干燥速率 单位时间内、单位干燥面积上所汽化的水分的质量称作干燥速率，用符号U表示，其单位为kg水/(m²·s)。物料的干燥速率取决于表面水分的汽化速率和内部水分的扩散速率，其干燥过程可以分为如下两个阶段。 恒速干燥阶段 干燥早期物料内部水分的扩散速率大于表面水分汽化速率，物料表面始终被水润湿，即干燥速率受表面水分汽化速率控制，物料的干燥速率和表面温度保持恒定，该阶段又称为表面汽化控制阶段或干燥第一阶段，如下图所示，C点是恒速阶段与降速阶段的临界点，对应的物料中的含水量为临界含水量。 U/[kg水/(m² ·h)] X 恒定干燥条件下干燥速率曲线 降速干燥阶段 当物料湿含量降低到临界含水量以下，内部水分向表面的扩散速率小于表面水分汽化速率，即干燥速率主要由内部扩散速率决定，并随湿含量的降低而不断降低，该阶段又称为内部水分移动控制阶段或干燥第二阶段。 干燥速率曲线是在（ ）条件下测定的。 A. 恒温 B. 恒湿 C. 恒定干燥 D. 恒压 【答案】C 【解析】干燥速率曲线是在恒定干燥条件下测定的，恒定干燥条件是指干燥介质（热空气）的温度、湿度、速度以及与物料接触的方式均恒定。 1. 恒速干燥阶段，物料表面温度（ ） A. 高于湿球温度 B. 低于湿球温度 C. 等于湿球温度 D. 等于干球温度 【答案】C 【解析】恒速干燥阶段的特点之一是物料表面温度为湿球温度。 2. 降速干燥阶段，影响干燥速率的主要因素是（ ） A. 空气的温度 B. 空气的湿度 C. 物料的性质和结构 D. 空气的流速 【答案】C 【解析】降速干燥阶段，干燥速率主要取决于物料内部水分的扩散速率，与物料种类、尺寸、形状等性质有关，与空气状态关系不大。 3. 下列关于临界含水量的说法，正确的是（ ） A. 临界含水量是恒速干燥阶段的起始含水量 B. 物料层越厚，临界含水量越低 C. 恒速干燥速率越大，临界含水量越高 D. 临界含水量与物料性质无关 【答案】C 【解析】临界含水量是恒速与降速阶段的分界点对应的含水量，物料层越厚，临界含水量越高；恒速干燥速率越大，临界含水量越高，且临界含水量与物料性质有关。 1. 干燥过程中，若空气的干球温度不变，湿度增大，则湿球温度（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定 【答案】A 【解析】空气湿度增大，其吸收水分的能力减弱，湿球表面水分汽化变慢，散热减少，湿球温度会升高。 2. 同一物料，在相同的干燥条件下，若增加干燥面积，则干燥速率（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定 【答案】A 【解析】增加干燥面积，会使物料与干燥介质的接触面积增大，有利于水分的汽化，干燥速率增大。 3. 干燥热敏性物料时，应选择（ ）干燥方式。 A. 高温快速 B. 低温慢速 C. 先高温后低温 D. 先低温后高温 【答案】B 【解析】热敏性物料在高温下易发生变质等不利反应，所以应选择低温慢速的干燥方式，避免物料受损。 · 干燥速率定义：干燥速率是指单位时间内单位干燥面积上被干燥物料所汽化的水分量。 · 干燥速率曲线：干燥速率随时间或物料含水量变化的曲线，分为恒速干燥阶段和降速干燥阶段。 · 影响因素：干燥速率受物料性质、干燥介质的温度和湿度、干燥设备的结构等因素影响。 知识点二 影响干燥速率的因素 影响干燥速率的因素主要有三个方面：湿物料、干燥介质、干燥设备，这三者又是相互关联的。 物理结构、形状与大小、物料层厚薄以及水分与物料的结合方式等，都会影响干燥速率。在干燥第一阶段，尽管物料的性质对干燥速率影响较小，但物料的形状、大小、物料层的厚薄等都会影响物料的临界含水量。在干燥第二阶段，物料的性质和形状对干燥速率有决 定性的影响，水分与物料结合得越紧密，且堆积在一起，则干燥速率越小。 此外物料的温度越高，干燥速率越大。物料最初、最终以及临界含水量决定了干燥各阶段所需干燥时间的长短。决定了干燥各阶段所需时间的长短。 干燥介质的温度越高、湿度越低，则干燥第一阶段的干燥速率越大，但应注意不损坏物料，尤其对于热敏性的物料，更要注意温度的控制。 提高干燥介质的流速可以提高干燥第一阶段的干燥速率，且干燥介质的流动方向垂直于湿物料表面较平行时干燥速率要大。在干燥第二阶段，流速和流向对干燥速率的影响不大。 此外，干燥器的结构对干燥速率也有较大的影响。例如在相同的条件下，经过气流干燥器干燥的湿物料比厢式干燥器所干燥的湿物料除水率高。很多新型干燥器就是针对某些因素进行设计的，目的就是提高干燥速率。 恒速干燥阶段，影响干燥速率的主要因素是（ ） A. 物料的性质 B. 物料的厚度 C. 干燥介质的流速 D. 物料的形状 【答案】C 【解析】恒速干燥阶段又称表面汽化控制阶段，影响该阶段干燥速率的主要因素是干燥介质的状况、流速及其与物料的接触方式。 1. 降速干燥阶段，以下哪种措施对提高干燥速率效果不明显？（ ） A. 减小物料尺寸 B. 减薄物料厚度 C. 提高干燥介质温度 D. 加强物料搅拌 【答案】C 【解析】降速干燥阶段又称内部迁移控制阶段，影响该阶段干燥速率的主要因素是物料结构、尺寸及其与干燥介质的接触方式、物料本身的温度等，提高干燥介质温度对干燥速率提升效果不明显。 2. 下列关于空气湿度对干燥速率影响的说法，正确的是（ ） A. 空气湿度越大，干燥速率越大 B. 空气湿度越大，干燥速率越小 C. 空气湿度对干燥速率无影响 D. 只有在恒速干燥阶段，空气湿度才影响干燥速率 【答案】B 【解析】空气湿度越大，其吸收水分的能力越弱，会使物料表面水分汽化速率降低，干燥速率越小，在恒速和降速阶段均有影响。 3. 干燥介质的流速增大，干燥速率会（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 先增大后减小 【答案】A 【解析】增大干燥介质的流速，可加快物料表面水分的汽化速率，在恒速干燥阶段效果更为明显，会使干燥速率增大。 1. 相同条件下，以下哪种物料干燥速率相对较快？（ ） A. 颗粒较大的物料 B. 颗粒较小的物料 C. 块状物料 D. 片状物料厚度较大的 【答案】B 【解析】颗粒较小的物料，比表面积大，与干燥介质接触面积大，水分汽化速率快，干燥速率相对较快。 2. 若干燥介质与物料的接触方式由平行流过改为垂直流过，干燥速率会（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定 【答案】A 【解析】干燥介质垂直流过物料层比平行流过时，物料与干燥介质接触更充分，有利于水分汽化，干燥速率会增大。 3. 对于热敏性物料的干燥，为提高干燥速率，应优先考虑（ ） A. 提高干燥介质温度 B. 降低干燥介质湿度 C. 增大干燥介质流速 D. 增大干燥面积 【答案】D 【解析】热敏性物料不能承受高温，提高干燥介质温度、降低湿度和增大流速都可能对物料造成损害，增大干燥面积可在相对温和的条件下提高干燥速率。 · 物料性质：物料的种类、形状、大小、初始含水量等都会影响干燥速率。 · 干燥介质条件：干燥介质的温度、湿度、流速等对干燥速率影响显著。 · 设备性能：干燥设备的类型、结构、操作方式等也会影响干燥速率。 知识点三 干燥时间 等速干燥阶段(第一阶段)所需的干燥时间为： 降速干燥阶段(第二阶段)所需干燥时间为： Kx——比例系数，kg/(m²·s.△X) 对于恒速干燥阶段，干燥时间的计算主要与以下哪个因素有关？（ ） A. 物料的临界含水量 B. 干燥介质的湿度 C. 干燥面积与干燥速率 D. 物料的平衡含水量 【答案】C 【解析】恒速干燥阶段，干燥速率恒定，干燥时间可根据干燥面积与干燥速率计算得出，物料的临界含水量和平衡含水量在该阶段对干燥时间计算影响不大，干燥介质湿度主要影响干燥速率，但不是计算干燥时间的直接因素。 1. 已知物料在恒速干燥阶段的干燥速率为 ，干燥面积为 ，需要除去的水分量为 ，则恒速干燥阶段的干燥时间 为（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】恒速干燥阶段干燥时间计算公式为 ，其中 是需要除去的水分量， 为恒速干燥阶段的干燥速率， 为干燥面积。 2. 降速干燥阶段，若干燥速率与物料含水量 呈线性关系，已知物料初始含水量为 ，临界含水量为 ，平衡含水量为 ，干燥速率表达式为 （ 为常数），干燥面积为 ，绝干物料质量为 ，则降速干燥阶段的干燥时间 为（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】降速干燥阶段，当干燥速率与物料含水量呈线性关系时，干燥时间计算公式为 ，其中 为绝干物料质量， 为常数， 为干燥面积， 为初始含水量， 为临界含水量， 为平衡含水量。 3. 下列哪种情况会使恒速干燥阶段的干燥时间缩短？（ ） A. 增大物料的厚度 B. 减小干燥介质的流速 C. 提高干燥介质的温度 D. 降低干燥介质的温度 【答案】C 【解析】提高干燥介质的温度，可增大恒速干燥阶段的干燥速率，在需要除去水分量不变的情况下，根据 ，干燥速率 增大，干燥时间 缩短。增大物料厚度、减小干燥介质流速会使干燥速率降低，干燥时间延长；降低干燥介质温度也会使干燥速率降低，干燥时间延长。 1.在相同的干燥条件下，对同一种物料进行干燥，若将物料的初始含水量提高，那么恒速干燥阶段的干燥时间会（ ） A. 不变 B. 缩短 C. 延长 D. 无法确定 【答案】C 【解析】恒速干燥阶段的干燥时间 ，当物料初始含水量提高，需要除去的水分量 增大，而干燥速率 和干燥面积 不变，所以干燥时间 会延长。 2.对于降速干燥阶段，以下关于干燥时间的说法正确的是（ ） A. 与物料的性质无关 B. 只与物料的初始含水量有关 C. 与物料的初始含水量、临界含水量、平衡含水量等都有关 D. 与干燥介质的状态有关，与物料无关 【答案】C 【解析】降速干燥阶段干燥时间的计算涉及物料的初始含水量、临界含水量、平衡含水量以及干燥速率与物料含水量的关系等，与物料性质密切相关，同时干燥速率与物料含水量的关系又受到物料性质影响，而干燥介质状态在降速阶段对干燥时间影响较小。 3.若其他条件不变，增大干燥面积，恒速干燥阶段和降速干燥阶段的干燥时间分别会（ ） A. 恒速干燥阶段时间缩短，降速干燥阶段时间不变 B. 恒速干燥阶段时间不变，降速干燥阶段时间缩短 C. 恒速干燥阶段和降速干燥阶段时间都缩短 D. 恒速干燥阶段和降速干燥阶段时间都不变 【答案】C 【解析】恒速干燥阶段，由 可知，增大干燥面积 ，干燥时间 缩短；降速干燥阶段，增大干燥面积有利于水分扩散，也会使干燥时间缩短。 · 干燥时间定义：干燥时间是指物料在干燥设备中从开始干燥到达到规定含水量所需的时间。 · 影响因素：干燥时间受物料性质（如初始含水量、物料粒度等）、干燥介质的温度和湿度、干燥设备的操作条件（如流速、流量等）等因素影响 · 计算方法：干燥时间可通过物料衡算和热量衡算确定，也可通过实验数据或经验公式估算。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$