薄层介质干燥过程内部水分扩散

薄层介质干燥过程内部水分扩散肖美添朱艳刘华信华侨大学材料科学与工程学院，福建泉州3620内部水分的有效扩散系数。建立物料内水分扩散微分方程及边界条件，用有限差分法进行数值求解，模拟计算结果与实验结果相吻合。研宄结果有利于深入分析和理解物料的干燥特性，以及其在定条件下的脱水能力。
干燥是个很重要的加工过程，其热传质复杂又与千燥外部条件如干燥介质温度湿度及千燥方式有关，且与物料结构理化性质等因素有关。对于其规律的研究直受到人们的极大视71.前，常用半经览经验桢咽指数1！和作漠型，来描述干燥过程物料中平均，水率的财七情况。要进步分析和物料内部水分的扩散过，盖确定物料内部水分的有效扩故系数。它反映物料作定干烨条件下的脱水能乃，也妃干燥机优化设的，耍参数之。新鲜农水产品如蔬菜种子和海带等含水分多易腐烂，为便于保存和运输，除了自然干燥外，普遍采用洞道干燥法。本文以海带为薄层物料的试样，由实验干燥特性曲线确定物料内部水分的效扩散系数，于数值法求解扩故微分方程，模拟实骀糸件下的物料脱水过栉。
1有效扩散系数的确定1.1干燥实验本试验所采用的装迓。是天大学化工实验中心生产的洞道式热干燥实验装置。流！
意1.试验所用试样为福建省湄洲湾出产的新鲜湿海带。试样用纯净水浸泡0.51去除所沾杂质沙土等。切成宽度为8长度为化12，的薄片挖度识为2 mm，并凉去面的水分。实验时，待干燥介质即热风的温度和风速稳定后，把湿海带试样平铺在水平铁丝网托盘上，让热风平行掠过海带使其干燥。
1.2有效扩散系数的计算本实验以新鲜湿海带为薄层物料的试样，干燥空气流速1指干燥室恒定为2.16，1.
8.在干燥温度1分别为348，353，358和366时，物料的含水率抓随时间，变化的取，没有统和有效的方法。它与水分同物料的结合形式有关，般采用实验的方法来确定。本文根据物料含水率随干燥时间的推移而呈逐渐下降的变化趋势，采用单项指数模型来描述实验千燥特性曲线。即般情况下，取=而1千燥速率常数与效扩散系数有如下关系1即这样就可以结合实验数据，采用小乘法回归求出不同千燥温度下的千燥常数，并由肓效扩散系数的值也随之增大。在通常情况下，薄层物料干燥的有效扩散系数与温度的关系，可用经验方程来描述。1！
阳4，氡1的关系曲线2干燥过程扩散微分方程的建立及求解2.1扩散微分方程的建立衣面。水分的扩散也主要是沿物料的厚度方向进厅。故干燥过程可按维板状物料非稳态质扩散过程处理。本文作5个假热空气记。1介妨内部的水分运动机，是在水分梯度作用下的液态扩散。2忽略千燥过程介质内部的温度梯度。并认为介质在千燥过程等温。3忽略燥过程介质的收ft缩。4介质为各向同性匀质体。5千燥汗始介质内部水分和温度均匀分布。根据定1及质量守恒原理，吐立描述海带千燥过程经简化的扩散微分方程，即其边界条件为而初始条件为似+名，叫似为物料下基含水率，为物柬亘产的半。2.2边界条件的达及简化以当，厂，训物料面以认为物料面由内部扩散出来的湿分⑷与⑴周围的空气介质走的，心湘等这项正是明物料在；时，刻，单位时间申。位传质衣面积脱出水的质量。设厂1=.4从，由此可以座在式8，9中，4，4，山，分别物料干质密度物料面空气的水分密度和周围环境空气的水分密度，1为物料面的对流传质系，内，50和分别试样体积面积和比面积。
通过实验平均含水率曲线，采用小乘法，回归出双平均含水率随时间；变化的多项式达式这里以1仁21687 3531为例为2.3数值计算由实验数据计算得出的有效扩散系数拍值，可直接代入扩散微分方程4中，并把该方程化为差分方程。结合边界条件和初始条件，可采用追赶法进行数值计算3计算结果与传质分析在实验条件下，由扩散微分方程模拟计算薄层物料的脱水过程。物料内部不同节点在不同时刻的干基含水率变化曲线，6海带干燥模型计算值与实验值的对比曲线，3.高初始含抛请名孔介质，水分扩散L或迁移主要是由于液相毛细管流动和水分扩散运动引起的。对于薄层物料而言，在分尔。物料初始状态时及面湿润冰分充满薄壁细胞内和细胞间，细胞可以自由伸展，水分逸山道宽松。此，的。燥速率虽然受到物料内部水分的传递阻力，但主要是受到物料面蒸发的影响。由6可，干燥开始阶段，物料内部湿度梯度较大，湿度梯度变化剧烈，干燥速率也较大。空气从物料面带走的水分，也较多随着时间的推移和干燥过程的进丁。外层细胞向内部收缩，细胞间隙变小，胞内水分也逐渐向胞外移动，内部水分传递逐渐成为控制因素，物料内部湿度梯艾变小，从物料，蒸件的水分逐渐减少。所以干燥速率逐渐变慢，这说明物料内1的与数学模型计兑结果，能较好相吻合。这就明，本文所采用的有效扩散系数的确定方法和千燥数学模型是1行的，可用尸计算高初始含湿景薄层物料的1燥过程。它为进步研究工业千燥过程物料内部湿度场和温度场的变化规律奠定基础。
4结束语由物料的实验干燥特性曲线，可以确定的水分有效扩散系数，用于经简化的传质扩散系数方程。数值计算的计算结果与实验结果相吻合。研究结果有助于深入理解物料的干燥特性，进步认识薄层物料在定条件下内部水分扩散机理和脱水能力。
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