675 热泵干燥-干燥动力学

背景

干燥过程中物料中水分含量、物料中其他成分性质及含量、物料微细结构等均随干燥进程变化，干燥动力学则研究上述内容与干燥工艺参数（如热风干燥时的空气温度、湿度、速度、压力等）之间的规律。

工程应用中，干燥动力学主要研究物料的干燥速率随工艺参数的变化规律，即不同工艺参数对干燥速率的影响规律。

干燥速率

干燥速率有多种表述方式，如：

（1）物料中总体水分排出速率，也称干燥通量，kg水分/s；

（2）单位面积物料中的水分排出速率，kg水分/(m².s)；

（3）干基湿含量随时间的变化率，也称干燥强度，kg水分/(kg干物料.s)；

（4）相对湿含量随时间的变化率，1/s。

相对湿含量的定义为：

x_R=(x-x_e)/(x₀-x_e)

式中，x_R为相对湿含量，无因次；x为物料的干基湿含量，kg水分/kg干物料；x_e为物料的平衡干基湿含量或产品干基湿含量，kg水分/kg干物料；x₀为干燥开始时物料的干基湿含量，kg水分/kg干物料。

平衡湿含量是物料与某温度、湿度的空气长时间接触达到水分平衡时物料的干基湿含量。

干燥动力学曲线

可通过理论模拟、实验等方法获得物料的干燥动力学曲线。以大蒜渣热风干燥为例，不同热风温度下的干燥动力学曲线如下图（李瑜，宋会歌. 蒜渣干燥动力学研究. 江苏浓业科学，2010，(2)：294-295）。

干燥动力学模型

基于物料的干燥动力学数据，选用适宜的模型方程，可拟合得到物料的干燥动力学方程。

常用的干燥动力学模型如：

x_R=ae^bt

x_R=1+at+bt²

t=a(lnx_R)+b(lnx_R)²

式中，x_R为物料相对湿含量，无因次；a、b为待定参数（干燥工艺参数的函数）；e为指数函数，ln为自然对数函数。