太阳能干燥污泥的研究(5)

２裂缝收缩段

裂缝生长段后的一段时间内（约２ｈ～３ｈ），污泥的形变主要是由收缩造成的。基本上是在裂缝生长段生成的基础上收缩，表现为每个裂缝的收缩和整体裂缝｝向扩大。在此期间较少产生新的裂缝。因此可以说裂缝生长段的裂缝基本上决定了污泥以后的形貌。这一阶段大致对应干燥曲线的降速干燥段，以干燥速度的急剧降低为结束标志，这一阶段是污泥干燥最复杂的阶段，对应的干燥速度的波动较大，可从图中干燥曲线看出。这是因为裂缝的增大固然有利于干燥速度的增大，但此时干燥主要由表面转到了内部，裂缝的收缩直接阻碍了污泥内部水分的蒸发，因此，在这两个因素的影响下，整体干燥速度以较大的波动缓缓下降。

３整体收缩段

实验结束前一段时间（约半小时），对应于干燥速率曲线上干燥速度急剧后较平缓的一段。污泥形变表现为整体收缩，裂缝减小，各个裂块相互靠拢，这一现象是污泥特有的现象。首先，它并非热风造成，因为风向水平，而靠拢是向心的。通过对干燥后的污泥块观察发现，各个裂块之间有许多丝状的连接物，如头发、纤维或细长木屑等，甚至有的裂缝之问仅靠这种丝状连接，这些丝的两段在不同的裂块中，由于裂块内部的干燥收缩造成裂块卷曲，通过丝状物使得裂块靠拢，当然丝状物并非裂块最后靠拢的唯一原因。如裂块之间的接合部的收缩电可能是原因之一，这还有待于进一步研究。

４．２．２．２空气参数对于燥过程的影响

１空气温度

由图４—２、４－１０中可以看出，空气温度对干燥速度影响较大，在某一风速和回流比下，（空气湿度是随时间交化的，但波动不大，维持在一定范围内）．干燥介质温度越高，污泥的脱水速度越快，这是因为空气温度升高，加强了空气与污泥之间的传热，有利于污泥内部的水分蒸发和扩散，同时也可以看出，干燥前期空气温度越高，污泥脱水速率越大，干燥后期不同的空气温度下其干燥曲线趋于一致。这是因为干燥开始时污泥含湿量较大，污泥中自由水分及间隙水分受外界条件影响较大，较易除去，因而干燥速率较大；而到了干燥后期，污泥含水率减小，污泥内部水分

第四章污泥的干燥实验与结果分析

向其表面传递的速度低于污泥表面水分汽化的速度，导致污泥表面逐渐变千，汽化表面内移，温度上升，此时干燥速率取决于污泥本身的结构，形状等，与外界条件无关，也称为内部迁移控制阶段，此时污泥中水分主要是表面水分，较难除去，因而干燥速率降低。从节能角度看，干燥前期可采用较高的空气温度，而后期可适当降低空气温度。

２空气流速

一般物料干燥过程中都可忽略风速对干燥速率的影响。但从本实验的图４－３、４－１ｌ中可以看出，干燥开始时，风速对干燥速率影响较大。这是因为此时除去的是污泥表面的游离态水分，空气流速增大，增强了空气与污泥间的换热和水汽扩散，使得干燥速度提高；面到干燥后期，污泥中深层水分向外扩散的阻力增大，干燥速率受外界条件影响较小，风速影响可以忽略。

３空气相对湿度

本实验通过改变回流比来调节空气湿度。空气湿度越大，污泥中水分与空气中水蒸气的浓度差越小，水蒸气的扩散速度越慢，干燥速率越低，反之亦然。４。２．２。３污泥形状

由图４－４、４－６、４－７、４－８可以看到，污泥颗粒越小，污泥与热空气接触表面积越大，水分迁移路程减少，干燥速率越大，干燥周期越短。

４．２．２．母太阳辐射

污泥中水分蒸发所需热量来自干燥介质与污泥间的对流换热量以及污泥通过玻璃盖板直接吸收的太阳辐射量，太阳辐射强度决定着干燥室内的空气温度。太阳辐射在一天内呈周期性变化，从而导致干燥室内温度在一定范围内波动，干燥开始时污泥中自由水分较易除去，因而干燥速率较大；随着干燥过程的进行。干燥速率减小，进入降速干燥阶段，此时污泥中水分主要以化学形式存在，较难除去；同时也可看到干燥速率有局部增大，这是因为中午时分太阳辐射强度增大，干燥室内温度升高，透过干燥室盖板的太阳辐射也越大，增强了污泥与空气之间的传热，使得污泥内部水分扩散加快，干燥速率增大。

由于本实验是在室外进行，干燥条件比较复杂，存在多种不可控制因素（如环境温湿度，环境风速，干燥室温湿度等），因此实际上是变工况干燥作业，干燥室温湿度，环境风速等均在一定范围内波动。本实验工况所取值为其平均值，其波动情况如图４－１２所示。由图可知，其波动范围很小，将其近似看作定值是合理的。

第四章污泥的干燥实验与结果分析

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图４－２不同温度下的干燥曲线及干燥速率曲线

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图４－３不同风速下的干燥曲线及干燥速率曲线

第四章污泥的干燥实验与结果分析

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图４－５不同彤状污泥的热谱图和温湿曲线表４－３春夏季节污泥实验工况

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第四章污泥的干燥实验与结果分析

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图４—７不同形状不同重量污泥的干燥曲线

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图４－８不同形状不同重量污泥的干燥曲线和干燥速率曲线

第四章污泥的干燥实验与结果分析

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图４－９５９球状污泥不同工况下的热谱图及温湿曲线

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图４．１０不同温度下的干燥曲线及干燥速率曲线

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图４．１ｌ不同风速下的干燥曲线及干燥速率曲线

第四章污泥的干燥实验与结果分析

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图４．１２不同工况下的于燥室温度及干燥室湿度波动曲线

第五章干燥过程的模拟计算

物料的干燥特性只停留在定性分析阶段是不够的。为将实验数据公式化并在一定程度上扩大实验结果的应用范围，为污泥干燥的实际应用提供一定的理论参考，还需要从定量上建立反映物料干燥特性的数学模型。物料的干燥模型主要分为理论模型、半经验模型和经验模型三类。通过对干燥过程多年的探索，人们总结出了几种有代表意义的模型：液体扩散模型：毛细管模型；Ｋｒｉｓｋｅｒ模型；蒸发冷却模型和不可逆热力学模型，分述如下：

１液体扩散模型；

认为物料内水分浓度梯度是干燥过程的主要推动力，没有考虑传热对传质的影响。其数学表达式为：

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实际上干燥过程极其复杂，除了液体扩散外，还有毛细管力作用引起的液体移动以及由蒸汽分压梯度引起的蒸汽扩散等现象。因此Ｋ。应视为多种驱动力同时作用的结果。文献…２８１中，将彭。视为物料绝对温度的函数，并表达为以下指数形式。

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文献。””指出。Ｋ。不仅与物料温度有关，还与物料的干基含湿量有关，即

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文献““也讨论了有效扩散系数Ｋ。的问题，建议采用指数型关系式。

ｚ毛缅管模型

该模型认为毛细管吸附势是干燥过程的主要推动力。研究表明，该模型适用于纤维织物，纸张，皮革、细粉末和粒状固体。此外．食品干燥的第一阶段也是受毛细管作用控制的啪１。

３蒸发一冷凝模型“’