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农产品干燥过程中传热传质参数

时间:?2018-06-02 10:43??来源:?未知 ??编辑:?chinagzsb ??点击: ?

  三、农产品干燥过程中传热、传质参数

  与农产品有关的热力学和传递特性的参数有水分扩散系数、有效热导率、空气边界传质系数、传热系数、干燥常数、物料平衡水分。

  干燥过程中,物料中的水分扩散是一种复杂的过程,它包括分子扩散,毛细管流动,克努森流动,水动力流动和表面扩散现象。如果把所有这些现象结合到一起,根据Fick's第二定律,组分分布均匀物料(指理想情况)有效扩散系数可定义为:


  am/at-D VZm (2-7)

  式中m一物料含水量,kg/kg予物a

  D——有效扩散率,m²/s

  t——时间, S

  非均匀介质中的水分传递可以根据Fick's定律在均匀物料中的应用来进行分析,通过有效扩散率可说明物料的非均匀性。

  式(2-7)表明了物料水分分布随时间的变化,即描述了物料内水分的移动情况。有效扩散率通常用来计算干燥速率或吸湿速率。表2-4是一些物料的有效扩散率的数值。


农产品和食品含水率物料的有效水分扩散率

农产品和食品含水率物料的有效水分扩散率2

 
  食品扩散率的变化范围是10-13_104,80%的食品物料扩散率的变化范围是10-11_10_8,而60%的变化范围是10-9_10-7。农产品及食品的扩散率比其它物料的扩散率小,这是因为这类物料属于复杂的牛物高聚物,对水的束缚更强烈,物料间扩散率的差别小于相同物料中温度或含水量引起的差别。

  1、影响扩散率的因素

  物料中的水分扩散率取决于温度和含水量。Arrhenius方程描述了温度扩散率的相关性,方程如下:

D=D.exp(-E/RT) (2-8)

  式中D.——Arrhenius系数,m2/s

  E——扩散率的活化能,kJ/kmol

  R——摩尔气体常数,kJ/(kmol·K)

  T——温度,K

  U——可以把活化能或Arrhenius因数看作是水分的经验函数。

  对于亲水性强的农产品物料,水分扩散率是温度和物料含水率的递増函数;对于一些亲水能力差的聚合物(如聚甲基丙烯酸酯),随着含水量的增加,水分扩散率减小;对于一些疏水性聚烯烃,水哟扩散率与浓度不相关,因此为常数。

  表2-5是一些表征农产品(及食品)的扩散碎的通用方程,它们是温度和含水率的函数。

  表2-5中的方程1~3表明把Arrhenius凭程的指数前因子看作是物料含水量的函数,可使拜一阶多项式函数(方程1)和高阶多项式函数(方糖2或方程3)表达物料的水分扩散系数。

  把扩散率的活化能看作是物料含水量函数,瓦以获得表1-6中的方程4。方程5~7不是以Ar一rhenius方程形式为基础的,而是经验函数,考虑到了含水量和温度作用的差别。方程8考虑了结合水和自由水的不同扩散率,并说明了对解吸结合能的物料含水量的函数相关性,因此形式更复杂。在方程9中考虑了孔隙率对水分扩散率的影响。


几种物料扩散率方程
 
  如果将物料看作是由干燥物料、水、孔隙处气体等构成多段系统,通过用结构模型表达系统几何形状,可以研究物料内孔隙结构和分布对水分扩散率的作用。目前在物料热传递方面的研究较多,但是对物料内水分扩散率的研究并不多,难以对结构模型进行实验验证。在一定范围内,由于有相关传递现象(热传递和质量传递)相似性,可应用相似理论进行类比研究。因此,在许多情况下,对多孔性物料的热传导率的研究方法及结果,可以推广应用于计算有效扩散系数。
(责任编辑:chinagzsb)
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