濕物料的比熱容

1、濕物料的比熱容濕物料的比熱容c物(Jkg-1 K-1),通常以物料干物質(zhì)比熱容 c干物與水的比熱容c水之間的平均值(取水的比熱容為4.19kJ kg-i -K-1) 來表示： TOC o 1-5 h z c物=皿些茶4墮(4-6)或。物二。干物+堂齋業(yè)W(4-7)如果把濕物料的比熱容認(rèn)為是1kg干物質(zhì)，則獲得對(duì)比比熱容。物(E偵-1)：(4-8)式中W物料的濕含量，。式4-7、式4-8常用于干燥器的計(jì)算。一般食品干物質(zhì)比熱容范 圍為12551676J kg-iK-1。如大麥芽1210，馬鈴薯1420，胡蘿 卜1300,面包15501670，砂糖10401170Jkg-iK-1。物料比 熱容與其

2、濕含量(W)之間通常具有線性關(guān)系，如20C，天然淀粉 的比熱容：IC淀=1215 + 29.7W(4-9)而糊化淀粉:c 糊淀= 1230 + 29.5W (J-kgl-K 1)(4-10)隨著溫度的提高，濕物料的比熱容一般也提高。如糖和馬鈴薯干物 5-捉6。，3.5勇偵也5)4 1L)質(zhì)比熱c 干馬= 1101 + 3.14，(J-kg-K-1)(4-12)容與溫度 的關(guān)系式為:濕物料的導(dǎo)熱系數(shù)濕物料的傳熱與干物料的傳熱本質(zhì)區(qū)別在于：由于在固體間架的孔隙中存在水，而對(duì)固體間架的熱導(dǎo)率有影 響；熱的傳遞與物料內(nèi)部水的直接遷移密切相連。熱量可以通過內(nèi)含氣體和液體的孔隙以對(duì)流方式傳遞，也能靠孔 隙

3、壁與壁間的輻射作用傳遞，故有真正導(dǎo)熱系數(shù)和當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)之 分。真正導(dǎo)熱系數(shù)入(W m K-i)是傅里葉方程中的比例系數(shù)：q = - X VQ(4-13)式中q各向同性固體中的熱流密度，Wm-2；/Q溫度 梯度，K m-i。當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)，也稱有效導(dǎo)熱系數(shù)人當(dāng)，表示濕物料以上述各種 方式傳遞熱量的能力：人當(dāng)=義固+人傳+ A對(duì)+人遷+人輻(4-14)式中入固物料固體間架的導(dǎo)熱系數(shù)，W m-1 K-1；人傳物料孔隙中穩(wěn)定狀態(tài)存在的液體和蒸汽混合物的熱傳導(dǎo)系數(shù)，W m-i K-i；人對(duì)靠物料內(nèi)部空氣對(duì)流的傳熱系數(shù)，W m-2 K-i；人遷靠物料內(nèi)部水分質(zhì)量遷移產(chǎn)生的傳熱系數(shù)，W -m-2 K-i；人輻

4、輻射導(dǎo)熱系數(shù)，Wm-iK-i。當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)人當(dāng)直接受物料濕度，不同物料的結(jié)合方式，物料 孔隙直徑d和孔隙率（或物料密度p）等因素影響。當(dāng)物料濕度W 很小時(shí)，體系主要由空氣孔和固體間架組成，隨W的增加，人當(dāng)直線 增加。且顆粒越大，它的增長(zhǎng)速度越大；當(dāng)物料濕度W很大時(shí)，水 充滿所有粒中間孔隙，并使其飽和，人當(dāng)?shù)脑黾又饾u停止（對(duì)大顆粒）； 或者仍在直線增長(zhǎng)（中等分散物料）；或者其速度明顯增加（小顆粒 物料）。物料的密度越大，人當(dāng)越高；孔隙越大，人當(dāng)越大；組成粒狀物 料間架的顆粒越大，人當(dāng)越大。一般認(rèn)為，當(dāng)孔的直徑5mm和溫度梯度相當(dāng)于10C時(shí)，對(duì)流 熱交換忽略不計(jì)（即人對(duì)R0）;當(dāng)孔隙的直徑0.5m

5、m，輻射熱交換與 熱傳導(dǎo)相比也可忽略不計(jì)（即人輻R0）實(shí)際上，影響物料人當(dāng)?shù)闹饕?因素是物料固體間架的導(dǎo)熱系數(shù)人固和水分的導(dǎo)熱系數(shù)人水以及物料的 孔隙率，可以用下列簡(jiǎn)單式計(jì)算物料當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)人:當(dāng)久當(dāng)=（1 _ r）A固+以.水（415）式中r物料的孔隙率，r=V孔/（V孔十V固）X100%；入水水分的導(dǎo)熱系數(shù)（0.58Wm-i K-i），當(dāng)孔隙中充滿的是 空氣，則用人空=0.0232W m-i K-1代替人水；人固物料固體間架的導(dǎo)熱系數(shù)，食品的人固比無機(jī)材料少得多， 例如面包固體間架的人固為0.ii6W m-i K-i；V孔、V固孔隙和固體間架的體積，m3。面包瓢（W=45% ）的人=0.2

6、48W m-i K-i，面包皮（W=0） 的人=0.056W m-i K-1；小麥（W=17% ）的 住0.116W m-1 K-i, 即食品的導(dǎo)熱系數(shù)人都少于水的導(dǎo)熱系數(shù)。因此，在干燥過程，隨著 食品的濕度降低，空氣代替水進(jìn)入物料的孔隙中，空氣的熱導(dǎo)率比液 體的熱導(dǎo)率小得多，故物料的熱導(dǎo)率將不斷下降。濕物料的導(dǎo)熱系數(shù)人與溫度的關(guān)系也和干物料一樣：隨著溫度的 提高，人值增加。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)也會(huì)隨壓力增加而增加，故壓力也 會(huì)影響到物料的導(dǎo)熱系數(shù)。（3）濕物料的溫度傳導(dǎo)系數(shù)溫度傳導(dǎo)系數(shù)a是決定物料熱慣性的重要特性參數(shù)；a越高，物 料加熱或冷卻進(jìn)行得更快。a = （4T6）cp式中人物料的導(dǎo)熱系數(shù)，

7、Wm-1 K-1； c比熱容，Jkg-1 K-1； p 密度，t m-3。cp的乘積是單位體積物料的熱容量，它表示蓄熱能力的特性。c p越大，在同樣人值下系數(shù)a越小，即蓄熱能力大的物料加熱慢，冷 卻也慢。影響導(dǎo)熱系數(shù)人和比熱容c的因素都會(huì)改變溫度傳導(dǎo)系數(shù)。（二）含濕氣體熱干燥過程是物料中的水分變成蒸汽狀態(tài)后再排到外部周圍介 質(zhì)中，通常這種介質(zhì)（工作體）是氣體與濕空氣或空氣與燃料燃燒產(chǎn) 物的混合物?？諝饨?jīng)預(yù)熱或與煙道氣混合，使其具有很高的溫度，因 此它能向物體提供蒸發(fā)水分所必須的能量?？梢?，空氣既是熱載體， 又是吸濕劑，或稱為干燥劑。實(shí)際上，供給干燥的熱空氣都是干空氣（即絕干空氣）同水蒸氣 的混

8、合物，常稱為含濕空氣（含濕氣體）。濕空氣對(duì)水蒸氣的吸收能 力（吸濕能力）是由濕空氣的狀態(tài)特性決定的，屬于這些特性參數(shù)的 有濕空氣的壓力、絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、濕含量、密度、比熱容、溫 度和熱焓等。從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，干燥是一個(gè)自然的不可逆過程。水分 由濕物料轉(zhuǎn)移到干燥劑（濕空氣）中，因?yàn)槲锪媳砻嫔系恼羝麎焊哂?周圍介質(zhì)的蒸汽分壓，隨著時(shí)間的延續(xù)，濕物料同周圍介質(zhì)的相互作 用達(dá)到動(dòng)力學(xué)平衡狀態(tài)。最后，物料上的蒸汽分壓等于周圍介質(zhì)的蒸 汽分壓，物料與氣體間的濕交換進(jìn)行得越緩慢，濕物料-氣體體系愈 接近平衡狀態(tài)。干物料在儲(chǔ)藏過程，則可以出現(xiàn)相反的過程，從周圍 介質(zhì)中吸附水蒸汽使物料吸濕。0 111-0.2

9、00.400.600 80水分活性數(shù)可以從濕空氣的焓-濕圖等查得。濕空氣的狀態(tài)特性在干燥過程不斷變化，根據(jù)這 種變化的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)不同過程的結(jié)果。因此，研究含濕 氣體參數(shù)及探討其在干燥過程的狀態(tài)變化，掌握物料 濕熱平衡狀態(tài)參數(shù)，按水分與物料結(jié)合形式來選擇干 燥條件和干物質(zhì)儲(chǔ)藏條件極為重要。濕空氣的狀態(tài)參圖4-2雞肉在不同溫度下的吸附與解吸等溫線吸附等溫線 解吸等溫線一套完整的蒸汽管路系統(tǒng)應(yīng)具備下列功能：具有供應(yīng)制粒機(jī)最高產(chǎn)量 的蒸汽量，則需足夠容量的鍋爐、管道尺寸和控制閥等保證；分離并 排出蒸汽中冷凝水（汽一水分離器、疏水閥和放水閥等）；蒸汽壓力 要穩(wěn)定，并根據(jù)配方不同可以調(diào)節(jié)汽缸和減壓閥。在完好

10、的蒸汽管路中，通過分汽缸和疏水閥等的作用，可將冷凝水和懸 浮物在蒸汽輸出分汽缸前收集并流回鍋爐或排到機(jī)外。合理選用蒸汽管路直徑非常重要。應(yīng)根據(jù)蒸汽輸送量、蒸汽壓力和輸送 速度來選用管路直徑。減壓閥下游蒸汽速度一般為18m/s，根據(jù)制粒機(jī) 的最大產(chǎn)量及蒸汽添加量（產(chǎn)量的百分比）來計(jì)算蒸汽用量，從而可確 定減壓閥下游的管道直徑。蒸汽管道直徑的選用見表5-9。減壓閥是整個(gè)蒸汽管路中的重要附件，必須正確選擇產(chǎn)量相適、性能穩(wěn) 定、出口壓力波動(dòng)小、性能可靠的減壓閥，否則將直接影響顆粒飼料的 產(chǎn)量和質(zhì)量。過濾器（內(nèi)置40200目濾網(wǎng)）的作用是除去蒸汽中的懸 浮物和固體雜質(zhì)，一般安裝在分汽缸上方，為了防止過濾

11、 表 5-9 蒸汽系統(tǒng)管路直徑的選擇壓力bar*速度 m/s蒸汽量，kg/h40mjn50nun65mmSOiiunlOOunn125mm151001822804107151125225162295428656121517554027547574510101895292515127245385535925150532522542563291015802480403575951025146025404050151562814326351166168542527045074210801980292540456796124718253120494015187352526770129521055253

12、085488851265211035404049585513501890351054001522542563292515552525625370638106515202530425040595102516202270421064751526044570595218152765725450785121517503025481540690121018652520458575601528547580011251990302582546581012601870324052204073013702065312051358395* lbar = 105Pa=1.01972kgf/cmE器中積聚凝結(jié)水造成水

13、滴和減少過濾面積，當(dāng)內(nèi)徑大于25mm時(shí)過濾器 應(yīng)水平安裝。汽一水分離器的主要作用是使蒸汽和水分離，并將分離出 的水滴沿傾斜的管壁聚集后由一專門排水口排出，因而確保設(shè)備所使用 的蒸汽的干燥性，并可延長(zhǎng)設(shè)備及其它控制閥的使用壽命。安全閥是確 保設(shè)備的使用壓力在規(guī)定的安全范圍內(nèi)。在減壓系統(tǒng)中，當(dāng)減壓閥上游 壓力高于設(shè)備運(yùn)行的額定壓力時(shí)，必須安裝安全閥。安全閥選型應(yīng)保持 在設(shè)定壓力下能通過減壓閥所能流過的最大流量。飽和水蒸汽的性質(zhì)在飼料調(diào)質(zhì)蒸汽系統(tǒng)中，減壓閥前的蒸汽壓力一般在0.60.8MPa，減 壓后一般在0.20.4 MPa，當(dāng)壓力過低時(shí)，在固定的時(shí)間內(nèi)達(dá)不到調(diào)質(zhì) 要求的蒸汽量。壓力過高容易造成物

14、料溫度過高、水分低，某些營(yíng)養(yǎng)物 質(zhì)易損失和顆粒質(zhì)量變壞。飽和蒸汽又稱為純蒸汽或干蒸汽，其主要特 性見表5-10。表5-10飽和蒸汽的特性GP337絕對(duì)壓力 /KPa溫度蒸汽比體積/ (m3/Kg)蒸汽密度/ (Kg/m3)焙(Kj/Kg)汽化熱/ (Kj/Kg)液體蒸汽10099.61. 70.58961416.902676.32259.5200120. 20.8871.1273493.712709.22204.6300133. 30.6061.6501560.382728.52168.1400143.40.4632. 1613603.612742.12138.2500151. 70. 375

15、2.6673639.592761.42091.1600158. 70. 3163.1686670.222761.42091.1700164. 70. 2733.6657696.572767.82071. 5800170.40. 2404.1614720.962773.72052. 7、蒸汽純度蒸汽的純度指濕蒸汽中實(shí)際所含干蒸汽量占濕蒸汽總量的百分?jǐn)?shù)，即當(dāng) 蒸汽中不含有未汽化的水滴時(shí)，蒸汽的純度為100%，如把純度為100% 的蒸汽1Kg，在0.7 MPa的壓力下輸送，熱量損失為207.2/2071.5 = 0. 1(Kg )的蒸汽冷凝為水滴，即輸送后蒸汽純度為(1-0.1 ) x100% =

16、90%。 如果按熱量計(jì)算，蒸汽純度即為輸送后每千克蒸汽的汽化潛熱與該條件 下飽和蒸汽的汽化潛熱之百分比。在制粒機(jī)進(jìn)行水熱調(diào)質(zhì)時(shí)，希望采用 干蒸汽或過熱蒸汽與物料接觸，以加強(qiáng)調(diào)質(zhì)效果。例：用0.7MPa的絕對(duì)壓力的蒸汽給制粒機(jī)供汽，其純度為90%，試計(jì) 算在制粒機(jī)的調(diào)質(zhì)器中蒸汽的純度。解：在管道中蒸汽的總熱能q = hw +pxhg式中：hw蒸汽中水的熱量，0. 7MPa蒸汽中水的熱量為696. 6KJ/Kg p-蒸汽純度，按90%計(jì)算hg-汽化熱，0. 7MPa蒸汽的汽化熱為2071.5KJ/Kg. q = 696. 6 + 0. 9x2 071. 5 = 25 61(KJ/Kg)、蒸汽添加量的估算根據(jù)加熱物料所需熱量及蒸汽狀態(tài)，可以計(jì)算出需要的蒸汽量，并進(jìn)一步 選擇所需鍋爐的規(guī)格，見下例.例：設(shè)制粒機(jī)生產(chǎn)能力為10t/h,調(diào)質(zhì)使粉料從15 C升溫到70 C,鍋爐供應(yīng) 蒸汽壓力(絕對(duì))0. 5MPa純度為90%,求所需蒸汽量(粉料比熱容1. 67KJ/KgK)。解：絕對(duì)壓力為0. 5MPa的干蒸汽的熱焓為2752. 8 KJ/Kg,水的熱焓為639.6 KJ/Kg ,汽化熱為211