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喷雾干燥机—水分在物料中的运动
2018/9/17 11:09:01
物料的喷雾干燥过程实际上是一个热量和质量的传递过程:一方 面’物料从干燥介质吸收热量,即热量由外往里进行传递,另一方面,物料内的水分由里向外传递,  含湿多孔介质降低,达到干燥的目的。陶瓷工业中被干燥固体物料大部分都属于多孔介质。
内部热质传递问题广泛存在于化工、冶金、建筑、食品、地质和水文等领城之中。因此客程介质成为干燥研究的主要内容之一. 20 世纪初,就有人已经开始对固体物质内部的质量传递过程进行研究。研究含湿多孔介质内部热质耦合同时传递规律不仅能丰富传热传质理论,深人了解多孔介质的结构及物理和化学性能,而且有广泛的实用价值,对节约能源、控制产品质量等具有重要的意义。多孔介质内部的复杂性决定了其内部热质传递的复杂性。传递过程的物理机制不清晰,且其影响因素繁多,过程观察困难等诸多原因,迄今为止还没有一种理论模型能满意地描述干燥过程中多孔介质内部的湿分传递机理。然而,正如De Vries在一篇回顾性文章中指出的那样,存在两个方面的原因促使人们对含湿多孔介质内部热质传递规律进行研究:其一,存在着广泛的应用背景;其二,目前还缺少满意的理论。
研究表明,含湿多孔物料在干燥过程中存在着5种可能的湿分迁移机制,它们分别为:

1、毛细管力(表面张力)引起的液体在毛细管内的流动迁移;

2、湿分在压力梯度作用下在多孔介质空隙中的渗流迁移;

3、由于物料内部温度梯度而引起的湿分热扩散迁移;

4、湿分在毛细通道中蒸发与冷凝所引起的湿分迁移。

5、湿分(液体和蒸汽)在浓度梯度作用下的扩散迁移;

液态扩散理论

喷雾干燥机干燥时固体物料内水分的迁移是以液体浓度梯度为驱动力,以液态扩散形式进行迁移的。他们假设扩散系数为常数或与温度或浓度线性相关,在物料内部各向同性的基础上,应用Fick方程进行描述。这种理论认为液体扩散是水分迁移的唯一方式, 这一点广受质疑。Hougen 等人指出,在某些情况下如果采用可变扩散系数,计算结果会更好。他们还认为:

①在物料的平衡水分含量低于大气饱和点时,扩散方程能用于黏土、淀粉、面粉、织物、纸张和木材的干燥。

②对于固液互溶的单相固体系统,扩散方程能用于肥皂等物料的干燥。

Babbit则认为,物体内扩散的动力不应该是湿分的浓度梯度而是压力梯度。而且由于吸附和解吸的复杂性,浓度和压力之间一般也不会是线性关系。扩散理论并未考虑收缩、表面硬化等因素,在应用中除了浓度和温度,与扩散系数有关的其他因素被忽略。因此它的物理有效性很值得怀疑。然而,并不能否定液态扩散会造成湿分迁移,同时由于它的形式简单明了、使用方便,迄今仍被许多人应用。

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