化工原理干燥技术.ppt

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1、第二章干燥Chapter2Drying化工原理李英利重点重点：湿空气的性质、湿空气的性质、空气的焓湿图、空气的焓湿图、连续连续干燥过程的物料衡算和热量衡算、干燥过程的物料衡算和热量衡算、干燥机理、干燥机理、干燥曲线干燥曲线难点难点：空气的焓湿图、干燥机理；：空气的焓湿图、干燥机理；第一节概述第一节概述（IntroductionIntroduction）在化学工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多的水分或有机溶剂(湿份)，要制得合格的产品需要除去固体物料中多余的湿份。除湿方法：机械除湿如离心分离、沉降、过滤。干燥利用热能使湿物料中的湿份汽化。除湿程度高，但能耗大。惯用做法：先采用机械方法

2、把固体所含的绝大部分湿份除去，然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉，以降低除湿的成本。干燥分类：本章重点：以不饱和热空气为干燥介质，除去湿物料中水分的连续对流干燥过程。q去湿去湿：除去物料中的水分和或其它溶剂（统称为湿分）的：除去物料中的水分和或其它溶剂（统称为湿分）的过程。过程。q一、固体物料的去湿方法一、固体物料的去湿方法：机械去湿法：即通过过滤、压榨、抽吸和离心分离等方法除机械去湿法：即通过过滤、压榨、抽吸和离心分离等方法除去湿分。去湿分。物理化学去湿法：用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸收物理化学去湿法：用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸收水分。该法费用高，操作麻烦，只适用于小

3、批量固体物料的去水分。该法费用高，操作麻烦，只适用于小批量固体物料的去湿，或用于除去气体中的水分。湿，或用于除去气体中的水分。热能去湿法：如蒸发、干燥等热能去湿法：如蒸发、干燥等用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，并将产生的蒸气排用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，并将产生的蒸气排除，藉此来除去固体物料中湿分的操作，称为除，藉此来除去固体物料中湿分的操作，称为固体的干燥固体的干燥。第一节第一节概述概述二、干燥过程的分类1、按操作压力分：常压干燥真空干燥2、按操作方式分：连续式干燥间歇式干燥3、按给湿物料提供热能的方式分：传导干燥（间接加热干燥）：将热能以传导的方式通过金属壁面传给湿物料。特点：热能

4、利用率高。对流干燥：（直接加热干燥）：将热能以对流的方式传给与其直接接触的湿物料。特点：热能利用率比传导干燥低。辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射，射至湿物料表面被其吸收再转变为热能。介电加热干燥：将需要干燥的物料置于高频电场的交变作用使物料加热而达到干燥。三、对流干燥过程1、对流干燥的流程空气预热器干燥器废气湿物料干燥产品2、对流干燥的特点湿物料ttwpspwQN必要条件：是物料表面所产生的是蒸汽（或其它蒸汽）压力要大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压。干燥介质：用来传递热量（载热体）和湿份（载湿体）的介质。由于温差的存在，气体以对流方式向固体物料传热，使湿份汽化；在分压差的作用下，

5、湿份由物料表面向气流主体扩散，并被气流带走。对流干燥过程原理温度为 t、湿份分压为 p 的湿热气体流过湿物料的表面，物料表面温度 ti低于气体温度 t。注意：只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压，干燥即可进行，与气体的温度无关。气体预热并不是干燥的充要条件，其目的在于加快湿份汽化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。HtQWtippiM干燥是热、质同时传递的过程干燥过程热空气流过湿物料表面热量传递到湿物料表面湿物料表面水分汽化并被带走表面与内部出现水分浓度差内部水分扩散到表面传热过程传热过程传质过程传质过程传质过程传质过程干燥过程推动力传质推动力：物料表面水分压P表水热空气中的水分压P空水

6、传热推动力：热空气的温度t空气物料表面的温度t物表对流干燥过程实质除水分量除水分量空气消耗量空气消耗量干燥产品量干燥产品量热量消耗热量消耗干燥时间干燥时间物料衡算物料衡算能量衡算能量衡算涉及干燥速率和水在涉及干燥速率和水在气固相的平衡关系气固相的平衡关系涉及湿空气的性质涉及湿空气的性质干燥过程基本问题解决这些问题需要掌握的基本知识有：(1)湿分在气固两相间的传递规律；(2)湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化；(3)物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征；(4)干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基本问题，介绍的范围主要针对连续稳态的

7、干燥过程。湿空气：指绝干空气与水蒸汽的混合物。在干燥过程中，随着湿物料中水份的汽化，湿空气中水份含量不断增加，但绝干空气的质量保持不变。因此，湿空气性质一般都以1kg绝干空气为基准。操作压强不太高时，空气可视为理想气体。系统总压P：湿空气的总压（kN/m2），即P干空气与P水之和。干燥过程中系统总压基本上恒定不变。且干燥操作通常在常压下进行，常压干燥的系统总压接近大气压力，热敏性物料的干燥一般在减压下操作。第二节第二节湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图一、湿空气的性质一、湿空气的性质1水蒸气分压水蒸气分压pv空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高，根据气体分空气中水蒸气分压愈大，水分含量就

8、愈高，根据气体分压定律，则有压定律，则有2湿度湿度(humidity)H-容纳水分的能力容纳水分的能力 又称为湿含量或绝对温度又称为湿含量或绝对温度(absolutehumidity)。它以湿它以湿空气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示，使空气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示，使用符号，其单位为：用符号，其单位为：kg水气水气/kg干空气干空气。第二节第二节湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图一、湿空气的性质一、湿空气的性质常温下，湿空气可视为理想气体，则有常温下，湿空气可视为理想气体，则有在饱和状态时，湿空气中水蒸气分压在饱和状态时，湿空气中水蒸气分压pv等于该空气

9、温度等于该空气温度下纯水的饱和蒸气压下纯水的饱和蒸气压ps，则有则有由于水的饱和蒸气压仅与温度有关，故湿空气的饱和湿由于水的饱和蒸气压仅与温度有关，故湿空气的饱和湿度度(容纳水分的最大能力容纳水分的最大能力)是温度和总压的函数，即是温度和总压的函数，即3相对湿度相对湿度当当pv=0时，时，=0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。表示湿空气不含水分，即为绝干空气。当当pv=ps时，时，=1，表示湿空气为饱和空气。表示湿空气为饱和空气。在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压pv与同温度下与同温度下水的饱和蒸汽压水的饱和蒸汽压pS之比的百分数，称为相对湿度之比的百分

10、数，称为相对湿度(relative humidity)，用符号用符号表示，即表示，即相对湿度相对湿度（RelativehumidityRelativehumidity）若t 总压下湿空气的沸点，湿份psP，最大(空气全为水汽)湿份的临界温度，气体中的湿份已是真实气体，此时=0，理论上吸湿能力不受限制。j=f(H,t)ps 随温度的升高而增加，H 不变提高t，气体的吸湿能力增加，故空气用作干燥介质应先预热。H 不变而降低t，空气趋近饱和状态。当空气达到饱和状态而继续冷却时，空气中的水份将呈液态析出。u相对湿度：湿空气相对湿度：湿空气吸收水分吸收水分的能力，可以说明湿空气偏的能力，可以说明湿空气偏

11、离饱和空气的程度，能用于判定该湿空气能否作为干燥介离饱和空气的程度，能用于判定该湿空气能否作为干燥介质，质，值与越小，则吸湿能力越大。值与越小，则吸湿能力越大。u湿度：湿空气湿度：湿空气容纳水分容纳水分的能力的能力在一定总压和温度下，两者之间的关系为在一定总压和温度下，两者之间的关系为相对湿度和绝对湿度的关系相对湿度和绝对湿度的关系相相对对湿湿度度和和绝绝对对湿湿度度的的关关系系u饱和湿度：湿空气饱和湿度：湿空气容纳水分的最大容纳水分的最大能力能力4.比容H(Humidvolume)或湿比容(m3/kg绝干气体)比容：比容：1kg绝干空气和相应水汽体积之和。5.比热cH(Humidheat)或

12、比热容KJ/(kg)比热：比热：1kg绝干空气及相应水汽温度升高1所需要的热量式中：cg 绝干空气的比热，KJ/(kg)；cv 水汽的比热，KJ/(kg)。对于空气-水系统：cg=1.01kJ/(kg)，cv=1.88kJ/(kg)6.焓I(Totalenthalpy)焓：1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。由于焓是相对值，计算焓值时必须规定基准状态和基准温度，一般以0为基准，且规定在0时绝干空气和水汽的焓值均为零，则对于空气-水系统：显热项汽化潜热项7.干燥过程中的物料温度(1)干球温度t：湿空气的真实温度，简称温度(或K)。将温度计直接插在湿空气中即可测量。(2)空气的湿球温度（Wet-

13、bulbtemperature）qN对流传热hkH气体t,H气膜对流传质液滴表面tw,Hw液滴气体ttwl对于某一定干球温度的湿空气，其相对湿度越低，湿球温度对于某一定干球温度的湿空气，其相对湿度越低，湿球温度值越低。对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。值越低。对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。在稳定状态时，空气向湿纱布表面的传热速率为：在稳定状态时，空气向湿纱布表面的传热速率为：Q=S（t-tw）气膜中水气向空气的传递速率为：气膜中水气向空气的传递速率为：N=kH（Hs,tw-H）S在稳定状态下，穿热速率和传质速率之间的关系为：在稳定状态下，穿热速率和传质速率之间的关系

14、为：Q=Nrtwl湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气的真湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气的真实温度，由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定，故称其为湿实温度，由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定，故称其为湿空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态或性质的一种参数。空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态或性质的一种参数。强调强调：湿球温度 tw 定义式 饱和气体:H=Hs，tw=t，即饱和空气的干、湿球温度相等。不饱和气体:H Hs，tw tas（或 tw）td；饱和空气t=tas=td【思考题】1解释春季回潮、冬季干燥现象。解释春季回潮-湿度，饱和湿度，露点；冬季

15、干燥-相对湿度。2在静止的空气中有一干球温度计和一湿球温度计，若这两种温度计所测得的温度相差较小时，即说明该空气的湿度H（大）。若使静止的空气流动，则这两个温度计的温差将会（增大）。分析：若两温度计所测温差小-说明空气中吸收水分少，本身容纳水分多，即湿度大。若空气流动，则吸收水分的能力强，即温差大。3测定湿球温度和绝热饱和温度时，若水的初温不同，对测定结果是否有影响？为什么？讨论：因为湿球温度和绝热饱和温度只是空气的状态函数，与水温无关。分析：相对湿度 1-由H求1（查20时水的饱和蒸汽压ps=2.334kpa）空气中的水气分压为：2-温度提高后，Ps提高，H 不变且pt不变，即空气中水汽分压

16、来变。【例7-1】湿 空气在总压101.3kpa、干球温度为20下，湿度为 0.01,求：相对湿度 温度提高到50，计算相对湿度 总压提高到125kpa，温度为20，计算相对湿度 如总压提高到250kpa，温度维持20不变，计算每100m3原来湿空气所冷凝出来的水分量。2-温度提高后-减小查附录ps=14.99kPa,2=p/ps=1.603/14.99=10.7%3-温度不变，H不变，总压改变，则水汽分压为：总压增大，相对湿度增大，吸收水分的能力降低。总压P增大-求Hs-析出的水量。当总压为101.3kPa时，空气中水气分压为1.603kPa，现总压为250kPa，约为原总压的2.5倍，因p

17、与ps成正比，则理论上水气分压可达到p=2.51.603=4.01kPa，但实际上20下水的饱和蒸汽压ps=2.334kPa，因此在加压中必有水析出，空气中水气分压保持不变，空气湿度变为饱和湿度，即：Hs=0.622ps/(pt-ps)=0.6222.334/(259-2.334)=0.00586加压前空气湿度H=0.01kg水/kg干空气加压后每kg干空气所冷凝水分量为：H=H-Hs=0.01-0.00586=0.00414kg水/kg干空气原空气比容为：vH=(0.772+1.244H)(273+T)/273=0.842m3/kg干空气则100m3原湿空气所冷凝水分量为：W1000.004

18、14/0.842=0.492kg结论1当总压一定时，气体温度越高，其容纳水分的最大能力越大。（为何预热）2温度一定时，总压增大，空气容纳水分的最大能力下降，从而干燥多在常压或真空条件下进行。二、湿度图二、湿度图（HumiditychartHumiditychart）湿空气参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方便和直观，通常使用湿度图。等湿线等焓线等温线饱和空气线p-H线空气湿度图的绘制（Humiditychart）对于空气-水系统，tastw，等tas 线可近似作为等tw线。每一条绝热冷却线上所有各点都具有相同的tas。物理意义：以绝热冷却线上所有各点为始点，经过绝热饱和过程到达终点时，所有

19、各状态的气体的温度都变为同一温度。横坐标：空气的湿度，所有的横线为等湿度线。右侧纵坐标：空气的干球温度，所有纵线为等温线。(1)等湿度线(等H 线)(2)等焓线（等I 线）对给定的tas：t=f(H)在同一条等湿线上不同点所代表的湿空气状态不同，但H相同，露点是将湿空气等H冷却至=1时的温度。(3)等干球温度线(等t 线)I与H呈直线关系，t越高，等t线的斜率越大，读数0-250C。(4)等相对湿度线(等 线)总压P 一定，对给定的：因 ps=f(t)，故 H=f(t)。(5)蒸气分压线总压P 一定，ps=f(H)，p-H近似为直线关系。AEDFBCtwtd=1HpI干球温度干球温度t、露点露

20、点td、湿球温湿球温度度tw（或绝热饱和温度或绝热饱和温度tas）都都是由等是由等t线确定的。线确定的。根据湿空气任意两个独立的参数，就可以在根据湿空气任意两个独立的参数，就可以在H-I图上确定该图上确定该空气的状态点，然后查出空气的其他性质。空气的状态点，然后查出空气的其他性质。非独立的参数如：非独立的参数如：tdH，pH，tdp，twI，tasI等，它们均等，它们均在同一等在同一等H线或等线或等I线上。线上。湿焓图的说明与应用湿焓图的说明与应用通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条件是：件是：0HA=1ttwI1230HA=

21、1ttdI1230HA=1tI12（）湿空气的干球温度（）湿空气的干球温度t和湿球温度和湿球温度tw；（）湿空气的干球温度（）湿空气的干球温度t和露点和露点td；（）湿空气的干球温度（）湿空气的干球温度t和相对湿度和相对湿度。空气湿焓图的用法（Useofhumiditychart）两个参数在曲线上能相交于一点，即这两个参数是独立参数，这些参数才能确定空气的状态点。=100%，空气达到饱和，无吸湿能力。100%，属于未饱和空气，可作为干燥介质。越小，干燥条件越好。1.确定空气的干燥条件2.确定空气的状态点，查找其它参数3.确定绝热饱和冷却温度1）等I干燥过程等焓干燥过程又称绝热干燥过程。a.不向

22、干燥器重补充热量，即QD=0.b.忽略干燥器向周围散失的热量，即QL=0.c.物料进出干燥器的焓相等，即G(I2_I1)=0沿等I线，空气t1、t2意志，即可确定H1、H2。2）等H干燥过程恒压下，加热或冷却过程。【例7-2】已知湿空气的总压为已知湿空气的总压为101.3kN/m2,湿度为湿度为H=0.02kg水水/kg干空气，干球温度为干空气，干球温度为70oC。试用试用I-H图图求解：求解：(a)水蒸汽分压水蒸汽分压p；(b)相对湿度相对湿度；(c)热焓热焓；(d)露露点点td；(e)湿球温度湿球温度tw；解解由已知条件：由已知条件：101.3kN/m2，H=0.02kg水水/kg干干空气

23、空气，t=20oC，在在I-H图上定出湿空气的状态点点。图上定出湿空气的状态点点。pv=3kN/m2=10%I122kJ/kg干空气干空气td=24oCtw=33oCProblems1P355:ExercisesNo.7-4andNo.7-7第三节第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的计算中应通过干燥器的物料衡算和热量衡算计算干燥过程的计算中应通过干燥器的物料衡算和热量衡算计算出湿物料中水分蒸发、空气用量和所需热量，再依此选择适宜出湿物料中水分蒸发、空气用量和所需热量，再依此选择适宜型号的鼓风机、设计或选择换热器等。型号的鼓风机、设计或选择换热器等。一、物料

24、含水量的表示方法一、物料含水量的表示方法1湿基含水量湿基含水量w以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分率或质量百分数。以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分率或质量百分数。第三节第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算一、物料含水量的表示方法一、物料含水量的表示方法不含水分的物料通常称为绝对干物料或称干料。以绝对干物不含水分的物料通常称为绝对干物料或称干料。以绝对干物料为基准的湿物料中含水量，称为干基含水量，亦即湿物料中水料为基准的湿物料中含水量，称为干基含水量，亦即湿物料中水分质量与绝对干料的质量之比，单位为分质量与绝对干料的质量之比，单位为kg水分水分/kg绝干料。绝

25、干料。两种含水量之间的换算关系为两种含水量之间的换算关系为注：工业上常采用湿基含水量。注：工业上常采用湿基含水量。2干基含水量干基含水量：二、干燥过程的物料衡算（二、干燥过程的物料衡算（Mass balanceMass balance）G1湿物料进口的质量流率，kg/s；G2产品出口的质量流率，kg/s；Gc绝干物料的质量流率，kg/s；w1物料的初始湿含量；w2产品湿含量；L绝干气体的质量流率，kg/s；H1气体进干燥器时的湿度；H2气体离开干燥器时的湿度；W单位时间内汽化的水分量，kg/s。湿物料G1,w1干 燥产品G2,w2热空气L,H1湿废气体L,H2绝干空气消耗量绝干空气比消耗水分蒸

26、发量：3干燥产品的流量干燥产品的流量G2式中式中w1、w2物料进出干燥器时的湿基含水量物料进出干燥器时的湿基含水量湿空气的消耗量为：湿空气的消耗量为：上式说明：上式说明：比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，而与干燥过程所经历的途径无关。而与干燥过程所经历的途径无关。【例7-3】在一连续干燥器中，每小时处理湿物料在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg，经经干燥后物料的含水量有干燥后物料的含水量有10%降至降至2%（wb）。）。以热空气为干燥以热空气为干燥介质，初始湿度介质，初始湿度H1=0.008kg水水/kg绝干气，离开干燥器时湿度绝干气，离

27、开干燥器时湿度为为H2=0.05kg水水/kg绝干气，假设干燥过程中无物料损失，试求：绝干气，假设干燥过程中无物料损失，试求：水分蒸发量、空气消耗量以及干燥产品量。水分蒸发量、空气消耗量以及干燥产品量。进入干燥器的绝干物料为进入干燥器的绝干物料为G=G1（1-w1）=1000（1-0.1）=900kg绝干料绝干料/h解：（解：（1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即水分蒸发量为水分蒸发量为W=G（X1-X2）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水水/h例例题题（2）空气消耗量）空气消耗量原湿空气的消耗量为：原湿空

28、气的消耗量为：L=L（1+H1）=1940（1+0.008）=1960kg湿空气湿空气/h（3）干燥产品量）干燥产品量单位空气消耗量（比空气用量）为：单位空气消耗量（比空气用量）为：三、热量衡算（Heat balance）Qp预热器向气体提供的热量，kW；QD向干燥器补充的热量，kW；QL 干燥器的散热损失，kW。湿物料G1,w1,1,cm1干燥产品G2,w2,2,cm2热气体L,H1,t1,i1湿废气体L,H2,t2,i2湿气体L,H0,t0,i0QpQdQl预热器干燥器预热器的热量衡算预热器的热量衡算 预热器的作用在于加热空气。根据加热方式可分为两类：直接加热式：如热风炉。将燃烧液体或固体

29、燃料后产生的高温烟气直接用作干燥介质；间接换热式：如间壁换热器。空气预热器传给气体的热量为如果空气在间壁换热器中进行加热，则其湿度不变，H0=H1，即通过预热器的热量衡算，结合传热基本方程式，可以求得间壁换热空气预热器的传热面积。立筒式金属体燃煤间接加热热风炉干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算 热气体在干燥器中冷却而放出的热量：物理意义：气体在干燥器中放出的热量和补充加热的热量用于汽化湿分、加热产品和补偿设备的散热损失。整个干燥系统的热量衡算整个干燥系统的热量衡算 在连续稳定操作条件下，系统无热量积累，单位时间内(以1秒钟为基准)：湿物料G1,w1,1,cm1干燥产品G2,w2,2,cm2热气体

30、L,H1,t1,i1湿废气体L,H2,t2,i2湿气体L,H0,t0,i0QpQdQl气体焓变物料焓变物料焓：气体焓：整个干燥系统的热量衡算整个干燥系统的热量衡算 汽化湿分所需要的热量：物料焓变：加热固体产品所需要的热量：放空热损失：总热量衡算：1预热器的热量衡算预热器的热量衡算2干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算3干燥系统消耗的总热量干燥系统消耗的总热量若忽略预热器的热损失，以若忽略预热器的热损失，以1s为基准，则有为基准，则有由于由于由上式可以看出：向系统输入的热量用于：加热空气、加由上式可以看出：向系统输入的热量用于：加热空气、加热物料、蒸发水分、热损失等四个方面。热物料、蒸发水分、热损失

31、等四个方面。4干燥系统的热效率干燥系统的热效率蒸发水分所需的热量为：蒸发水分所需的热量为：定义定义：若忽略湿物料中水分代入系统中的焓，则有若忽略湿物料中水分代入系统中的焓，则有Qv=w(2490+1.88t2)-4.1871wu使离开干燥器的空气温度降低，湿度增加（注意吸湿性物使离开干燥器的空气温度降低，湿度增加（注意吸湿性物料）；料）；u提高热空气进口温度（注意热敏性物料）；提高热空气进口温度（注意热敏性物料）；u部分废气循环操作，回收利用其预热冷空气或冷物料；部分废气循环操作，回收利用其预热冷空气或冷物料；u注意干燥设备和管路的保温隔热，减少干燥系统的热损失。注意干燥设备和管路的保温隔热，

32、减少干燥系统的热损失。提高热效率的措施提高热效率的措施【例7-4】某糖厂的回转干燥器的生产能力为某糖厂的回转干燥器的生产能力为4030kg/h（产品），湿糖含产品），湿糖含水量为水量为1.27%，于，于310C进入干燥器，离开干燥器时的温度为进入干燥器，离开干燥器时的温度为360C，含水量含水量为为0.18%，此时糖的比热为，此时糖的比热为1.26kJ/kg绝干料绝干料0C。干燥用空气的初始状况为：干燥用空气的初始状况为：干球温度干球温度200C，湿球温度湿球温度170C，预热至预热至970C后进入干燥室。空气自干燥室后进入干燥室。空气自干燥室排出时，干球温度为排出时，干球温度为400C，湿球

33、温度为湿球温度为320C，试求：试求：（1）蒸发的水分量；）蒸发的水分量；（2）新鲜空气用量；（）新鲜空气用量；（3）预热器蒸气用量，加热蒸气压为）预热器蒸气用量，加热蒸气压为200kPa（绝压）绝压）；（；（4）干燥器的热损失，）干燥器的热损失，QD=0；（；（5）热效率。热效率。t0=200C tw0=170C t1=970CQpQD=0G2=4030kg/h w2=0.18%2=360C t2=400C tw2=320C 1=310C w1=1.27%QL预热器预热器干燥器干燥器例例题题解解：进入干燥器的绝干物料为进入干燥器的绝干物料为G=G2（1-w2）=4030（1-0.18%）=4

34、022.7kg绝干料绝干料/h水分蒸发量为水分蒸发量为W=G（X1-X2）=4022.7（0.0129-0.0018）=44.6kg水水/h（1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即即（2）新鲜空气用量：首先计算绝干空气消耗量。）新鲜空气用量：首先计算绝干空气消耗量。绝干空气消耗量为：绝干空气消耗量为：新鲜空气消耗量为：新鲜空气消耗量为：L=L（1+H0）=2877.4（1+0.011）=2909kg新鲜空气新鲜空气/h由图查得：当由图查得：当t0=200C，tw0=170C时，时，H0=0.011kg水水/kg绝干料；绝干料；当

35、当t2=400C，tw2=320C时，时，H2=0.0265kg水水/kg绝干料。绝干料。查查H-I图，得图，得（3）预热器中的蒸气用量）预热器中的蒸气用量查饱和蒸气压表得：查饱和蒸气压表得：200kPa（绝压）的饱和水蒸气的潜热为绝压）的饱和水蒸气的潜热为2204.6kJ/kg，Qp=L(I1-I0)=2877.4（127-48）=2.27105kJ/h故蒸气消耗量为：故蒸气消耗量为：2.27105/2204.6=103kg/hI0=48kJ/kg干空气；干空气；I1=127kJ/kg干空气；干空气；I2=110kJ/kg干空气干空气（4）干燥器的热损失）干燥器的热损失（5）热效率）热效率若

36、忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则有若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则有Problems2P355:ExercisesNo.7-9andNo.7-14（思考题）第四节第四节 物料的平衡含水量与干燥速率物料的平衡含水量与干燥速率 一、湿物料水分含量的表示方法湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。湿基含水量w：水分在湿物料中的质量百分数。干基含水量X：湿物料中的水分与绝干物料的质量比。换算关系：湿份在气体和固体间的平衡关系湿份的传递方向(干燥或吸湿)和限度(干燥程度)由湿份在气体和固体两相间的平衡关系决定。pXpsXh平衡状态：当湿含量为 X 的湿物料与湿份分压为 p 的不饱和湿气体接触时，物料将

37、失去自身的湿份或吸收气体中的湿份，直到湿份在物料表面的蒸汽压等于气体中的湿份分压。平衡含水量：平衡状态下物料的含水量。不仅取决于气体的状态，还与物料的种类有很大的关系。X*p具有和独立存在的水相同的蒸汽压和汽化能力。结合水分：与物料存在某种形式的结合，其汽化能力比独立存在的水要低，蒸汽压或汽化能力与水分和物料结合力的强弱有关。物料中的水分湿含量XXh相对湿度 非结合水分结合水分01.00.5结合水分按结合方式可分为：吸附水分、毛细管水分、溶涨水分(物料细胞壁内的水分)和化学结合水分(结晶水)。化学结合水分与物料细胞壁水分以化学键形式与物料分子结合，结合力较强，难汽化；吸附水分和毛细管水分以物理

38、吸附方式与物料结合，结合力相对较弱，易于汽化。1.结合水分与非结合水分一定干燥条件下，水分除去的难易，分为结合水与非结合水。非结合水分：与物料机械形式的结合，附着在物料表面的水，2.2.平衡水分和自由水分平衡水分和自由水分 一定干燥条件下，按能否除去，分为平衡水分与自由水分。平衡水分：低于平衡含水量X*的水分，是不可除水分。自由水分：高于平衡含水量X*的水分，是可除水分。吸湿过程：若X Xc，汽化的是非结合水。降速干燥段：X Xc内部扩散控制物料实际汽化表面变小(出现干区)，第一降速段；汽化表面内移，第二降速段；平衡蒸汽压下降(各种形式的结合水)；固体内部水分扩散速度极慢(非多孔介质)。降速段

39、干燥速率取决于湿份与物料的结合方式，以及物料的结构，物料外部的干燥条件对其影响不大。恒定干燥条件下 =tw，p=ps和kp 不变由物料内部向表面输送的水份足以保持物料表面的充分湿润，干燥速率由水份汽化速率控制(取决于物料外部的干燥条件)，故恒速干燥段又称为表面汽化控制阶段。湿物料与空气间的q和N恒定临界湿含量临界湿含量（CriticalmoisturecontentCriticalmoisturecontent）Xc 决定两干燥段的相对长短，是确定干燥时间和干燥器尺寸的基础数据，对制定干燥方案和优化干燥过程十分重要。物料空气条件临界湿含量品种厚度mm速度m/s温度相对湿度%kg水/kg干料粘土

40、6.41.0370.100.11粘土15.91.0320.150.13粘土25.410.6250.400.17高岭土302.1400.400.181铬革101.549-1.25砂0.044mm252.0540.170.210.0440.074mm253.4530.140.100.0740.177mm253.5530.150.0530.2080.295mm253.5550.170.053新闻纸-0190.351.00铁杉木254.0220.341.28羊毛织物-25-0.31白岭粉31.81.0390.200.084白岭粉6.41.037-0.04白岭粉16911260.400.13注意：Xc

41、与物料的厚度、大小以及干燥速率有关，所以不是物料本身的性质。一般需由实验测定。（2）恒速干燥阶段BC（3）降速干燥阶段CD 在降速阶段干燥速率的变化规律与物料性质及其内部结构有关。降速的原因大致有如下四个。实际汽化表面减少；汽化面的内移；平衡蒸汽压下降；固体内部水分的扩散极慢。三、恒定干燥条件下的干燥时间的计算：三、恒定干燥条件下的干燥时间的计算：恒速干燥阶段：恒速干燥阶段：降速干燥阶段：降速干燥阶段：第五节第五节 干燥设备干燥设备含水量满足干燥产品的质量要求形状强度干燥速率快干燥时间短设备特性能量消耗低设备尺寸小满足传热传质的强化要求操作弹性强环境污染小生产效率高经济效益好 常压干燥设备常压

42、干燥设备 操作压强操作压强 真空干燥设备真空干燥设备 间歇干燥设备间歇干燥设备 操作方式操作方式 连续干燥设备连续干燥设备 对流干燥设备对流干燥设备设备分类设备分类 传导干燥设备传导干燥设备 加热方式加热方式 辐射干燥设备辐射干燥设备 高频干燥设备高频干燥设备 并流干燥设备并流干燥设备 流动方式流动方式 逆流干燥设备逆流干燥设备 错流干燥设备错流干燥设备 一、干燥器的主要型式 干燥器的主要型式归纳起来可分为干燥器的主要型式归纳起来可分为1010种，每种，每种型式的干燥器都有其各自的特点，为了便于比种型式的干燥器都有其各自的特点，为了便于比较，讨论时则重以下几个方面。较，讨论时则重以下几个方面。

43、1.1.设备简图设备简图 外构件外构件 主体设备主体设备 内构件内构件 输送装置输送装置2.2.基本结构基本结构 加热装置加热装置 辅助设备辅助设备 分离装置分离装置 进料装置进料装置 出料装置出料装置 并流操作并流操作 气固流动气固流动 方式逆流操作方式逆流操作 错流操作错流操作 装料车输送装料车输送 传送带输送传送带输送3.3.操作特征操作特征 上升气流流化输送上升气流流化输送 物料移动方式物料移动方式 流化床溢流输送流化床溢流输送 抄料板推进输送抄料板推进输送 喷雾输送喷雾输送 滚筒表面吸附输送滚筒表面吸附输送 长度、宽度、高度长度、宽度、高度 设备参数设备参数 层数层数 速度速度 气相

44、参数气相参数 湿度湿度 含水量含水量4.4.主要参数主要参数 固相参数固相参数 堆积厚度、床层高度堆积厚度、床层高度 停留时间停留时间 时间参数时间参数 干燥时间干燥时间 干燥速率干燥速率 速率参数速率参数 速率曲线速率曲线 干燥介质的流动方向干燥介质的流动方向5.5.流程概况流程概况 固体物料的移动方向固体物料的移动方向 q并流、逆流、错流干燥器的特点并流、逆流、错流干燥器的特点并流：含水量高的物料与温度最高而湿度最低的介质相接并流：含水量高的物料与温度最高而湿度最低的介质相接触，在进口端的干燥推动力大，在出口端的推动力小。触，在进口端的干燥推动力大，在出口端的推动力小。适用情况：适用情况：

45、1）干物料不耐高温而湿物料允许快速干燥；）干物料不耐高温而湿物料允许快速干燥；在干燥第一阶段，物料温度始终维持在湿球温度，到第二在干燥第一阶段，物料温度始终维持在湿球温度，到第二阶段，物料温度才逐渐上升，但此时介质温度已下降，物料不阶段，物料温度才逐渐上升，但此时介质温度已下降，物料不致于过热。致于过热。（2）物料的吸湿性小或最终水分要求不很低；）物料的吸湿性小或最终水分要求不很低；物料在出口处与温度最低、湿度最高（即相对湿度最大）的物料在出口处与温度最低、湿度最高（即相对湿度最大）的介质接触，其平衡水分高。介质接触，其平衡水分高。逆流：物料与干燥介质的运动方向相反，干燥推动力在干燥逆流：物

46、料与干燥介质的运动方向相反，干燥推动力在干燥器中分布较均匀。器中分布较均匀。适用情况：适用情况：（1）湿物料不宜快干而干物料能耐高温；）湿物料不宜快干而干物料能耐高温；（2）物料的吸湿性强或最终含水量要求低；）物料的吸湿性强或最终含水量要求低；注：在逆流时，湿物料进入的温度不应低于干燥介质在此处的注：在逆流时，湿物料进入的温度不应低于干燥介质在此处的露点，否则湿度高的干燥介质中有一部分水蒸气会冷凝在湿物露点，否则湿度高的干燥介质中有一部分水蒸气会冷凝在湿物料上，从而增加干燥时间。料上，从而增加干燥时间。错流错流：高温介质与物料运动方向相垂直，如果物料表面都高温介质与物料运动方向相垂直，如果物料

47、表面都与湿度小、温度高的介质接触，可获得较高的推动力，但介质与湿度小、温度高的介质接触，可获得较高的推动力，但介质的用量和热量的消耗也较大。的用量和热量的消耗也较大。适用情况：适用情况：（1）物料在干燥的始、终都允许快速干燥和高温；）物料在干燥的始、终都允许快速干燥和高温；（2）要求设备紧凑（过程速度大）而允许较多的介质和能耗。）要求设备紧凑（过程速度大）而允许较多的介质和能耗。(一一)厢式干燥器厢式干燥器又称盘式干燥器 一、常用对流干燥器一、常用对流干燥器 气固流动方式：热空气水平流过盛入气固流动方式：热空气水平流过盛入 浅盘的湿物料表面浅盘的湿物料表面 操作特征操作特征 物料移动方式：装料

48、车输送，干燥时物料移动方式：装料车输送，干燥时 湿物料保持静止不动湿物料保持静止不动 结构简单结构简单 优点优点 设备投资少设备投资少 操作弹性强操作弹性强优点与缺点优点与缺点 劳动强度大劳动强度大 缺点缺点 热量损失大热量损失大 产品质量不均匀产品质量不均匀 （二）喷雾干燥器（二）喷雾干燥器（二）喷雾干燥器（二）喷雾干燥器 气固流动方式：逆流操作气固流动方式：逆流操作操作特征操作特征 物料移动方式：喷雾输送物料移动方式：喷雾输送 直径直径 设备参数设备参数 高度高度 速度速度 气相参数气相参数 湿度湿度 含水量含水量 主要参数主要参数 固相参数固相参数 雾滴直径雾滴直径 停留时间停留时间 时

49、间参数时间参数 干燥时间干燥时间 干燥速率干燥速率 速率参数速率参数 速率曲线速率曲线 原理：用喷雾器将稀料液喷成细雾滴分散于热气流中，使水分原理：用喷雾器将稀料液喷成细雾滴分散于热气流中，使水分迅速蒸发而达到干燥的目的。通常雾滴直径为迅速蒸发而达到干燥的目的。通常雾滴直径为1060um，每升每升溶液具有溶液具有100600m2的蒸发面积。的蒸发面积。喷雾器的类型：离心喷雾器、压力喷雾器、气流喷雾器。喷雾器的类型：离心喷雾器、压力喷雾器、气流喷雾器。优点：干燥时间短，适于热敏性物料；所得产品为空心颗粒，溶优点：干燥时间短，适于热敏性物料；所得产品为空心颗粒，溶解性好，质量高；操作稳定；能连续、

50、自动化生产；由料液直接解性好，质量高；操作稳定；能连续、自动化生产；由料液直接获得粉末产品，省去了蒸发、结晶、分离和粉碎操作。获得粉末产品，省去了蒸发、结晶、分离和粉碎操作。缺点：体积传热系数低；设备体积庞大；操作弹性较小，热缺点：体积传热系数低；设备体积庞大；操作弹性较小，热利用律低、能耗大。利用律低、能耗大。喷雾干燥器喷雾干燥器（spraydryer）（三）气流干燥器（三）气流干燥器 气固流动方式：并流操作气固流动方式：并流操作 操作特征操作特征 物料移动方式：上升气流流化输送物料移动方式：上升气流流化输送 优点：对流传热系数和传热温度差大，干燥器的体积小，优点：对流传热系数和传热温度差大