干燥動力學知識2

1、14.3 干燥速率與干燥過程計算干燥速率與干燥過程計算 14.3.1 物料在定態(tài)空氣條件下的干燥速率物料在定態(tài)空氣條件下的干燥速率 定態(tài)空氣條件定態(tài)空氣條件 空氣的溫度、濕度、流速以及與物料的接觸方式都不變空氣的溫度、濕度、流速以及與物料的接觸方式都不變 大量空氣干燥少量物料大量空氣干燥少量物料 濕基含水量濕基含水量w %w100 濕物料的總質(zhì)量濕物料的總質(zhì)量 濕物料中水分量濕物料中水分量 干基含水量干基含水量Xt %X t 100 絕干料的質(zhì)量絕干料的質(zhì)量 濕物料中水分量濕物料中水分量 w w X t 1t t X X w 1 生產(chǎn)中以生產(chǎn)中以w表示，工程計算中用表示，工程計算中用X更方便更

2、方便 定義：定義： kg水水/m2.h W汽化水量，汽化水量，kg/h Gc絕干物料量，絕干物料量，kg干料干料/h A物料干燥表面積，物料干燥表面積，m2 干燥時間，干燥時間，h(或或s) Ad dXG A W N c A d d A XG A W NA c Ad dXG A W N c A d d 差分近似差分近似 只要測定只要測定G數(shù)據(jù)經(jīng)簡單處理即可得到數(shù)據(jù)經(jīng)簡單處理即可得到NA NA影響因素：影響因素： 物料水分結構（內(nèi)部條件）物料水分結構（內(nèi)部條件） 空氣狀態(tài)（外部條件）空氣狀態(tài)（外部條件） 空氣狀態(tài)（空氣狀態(tài)（t，H） t，H(由于由于(t-tW)，(HW-H) NA 空氣氣速空氣

3、氣速（流體力學條件）（流體力學條件） u氣 氣， ，kH NA (過程實質(zhì)過程實質(zhì)傳質(zhì)、傳熱傳質(zhì)、傳熱) 物料形狀物料形狀（物料表面（物料表面A大小大小) 物料干燥表面物料干燥表面 NA (切片、顆粒狀物料等切片、顆粒狀物料等) 物料與氣流接觸方式物料與氣流接觸方式 氣流掠過、穿過物料表面，顆粒料懸浮于氣流中等氣流掠過、穿過物料表面，顆粒料懸浮于氣流中等 設備結構設備結構 一、動力學實驗一、動力學實驗 Ad dXG A W N c A d d kg水水/m2.h 干燥曲線干燥曲線 干燥速率曲線干燥速率曲線 用實驗數(shù)據(jù)經(jīng)處理直接標繪出干燥速率曲線。用實驗數(shù)據(jù)經(jīng)處理直接標繪出干燥速率曲線。 預熱段

4、預熱段(AB)t 1=tw 預熱段很小，計算中可以忽略預熱段很小，計算中可以忽略 恒速段恒速段(BC) 物料表面濕潤物料表面濕潤 料內(nèi)水分向表面擴散量料內(nèi)水分向表面擴散量表面汽化水量表面汽化水量 物料保持在物料保持在 =tw恒溫恒溫下下 空氣傳給物料之顯熱空氣傳給物料之顯熱=水分汽化之潛熱水分汽化之潛熱 表面汽化控制表面汽化控制 X C A B D EA B C D E 1 2 tw X * X 1 X 2 特點：特點：(1)除去的是非結合水，與汽化純水情況相同；除去的是非結合水，與汽化純水情況相同； (2)物料溫度恒定為物料溫度恒定為tw；(3) 內(nèi)部水分向表面?zhèn)鬟f速率汽化速率相等；內(nèi)部水分

5、向表面?zhèn)鬟f速率汽化速率相等； (4)NA與物料含水量與物料含水量X無關，取決于空氣狀態(tài)，為表面汽化控制階段。無關，取決于空氣狀態(tài)，為表面汽化控制階段。 空氣傳給物料之熱量空氣傳給物料之熱量 用于汽化表面水用于汽化表面水 用于使物料溫度升高用于使物料溫度升高 tw2 NA急劇下降急劇下降(汽化面汽化面,A不變不變,汽化量汽化量) (第一降速段第一降速段) 干區(qū)逐漸擴大干區(qū)逐漸擴大完全干枯完全干枯U進一步降低至進一步降低至D點點 直到直到XX2內(nèi)部遷移速率控制內(nèi)部遷移速率控制 降速段降速段(CDE) 物料表面出現(xiàn)干區(qū)物料表面出現(xiàn)干區(qū) 料內(nèi)水分向表面擴散量料內(nèi)水分向表面擴散量Q損損+Gc(I2-I1

6、) （3）Q補 補 0，且 ，且t2=t1 例例14-5、14-6 t H A B t1 t0 I1 I0 14.3.5 干燥過程的熱效率干燥過程的熱效率 空氣在干燥器中放出熱量的分析空氣在干燥器中放出熱量的分析 =VCH1(t1-t2)+ VCH1(t2-t0) 熱效率熱效率 01 21 tt tt 補補 QQ QQ 21 Q補 補=0 Q QQ 21 )tt (Vc )tt (Vc pH pH 011 211 )tt ( )tt ( 01 21 應用條件應用條件 Q補 補= Q損損=0，并不限于理想干燥器 ，并不限于理想干燥器 (Q損 損=0) 提高提高的途徑：的途徑： （1）降低）降低t

7、2 分析：分析： t2，廢氣帶走熱量，廢氣帶走熱量Q3， 故故 但不能太低，但不能太低， t2(2060)+td 01 21 tt tt （2）提高）提高t0 、 t1 分析：分析：t0， t1，則，則Q3，故，故。 （4）減小）減小Q損 損 分析：分析：Q損 損，則 ，則 Q，故，故。 （3）提高）提高H2 H2，W、H1不變，則不變，則V ， 則則Q ，故，故。 12 HH W V 但但H2也應有上限也應有上限 v干燥過程的圖示干燥過程的圖示 1、一般過程、一般過程 60 90 B C B C 可降低預熱溫度，使用低能位熱源；可降低預熱溫度，使用低能位熱源； B 20 120 2、中間加熱

8、、中間加熱 A A 20 C 60 B 90 C B 6090 C BA 2090 60 A 60 20 90 B C H2 H2 減少空氣用量，使熱效率提高；減少空氣用量，使熱效率提高； 物料不能與高溫接觸時，采用中間加熱。物料不能與高溫接觸時，采用中間加熱。 預熱器預熱器 干燥器干燥器A B C H0 t0 H1 t1 H2 t2 B 3、廢氣循環(huán)、廢氣循環(huán) M Hmtm H0 t0 A M C 可降低空氣預熱溫度可降低空氣預熱溫度t1 B H2 I1 = I2 t2 t1 t1 預熱器預熱器 干燥器干燥器 AB C H0 t0 H2 t2 Hmtm M 4、去濕過程、去濕過程 H1 t1

9、 H2 t2 冷卻冷卻 A B C H1H2 可靈活控制空氣進干燥器時的溫度和濕度；可靈活控制空氣進干燥器時的溫度和濕度； 使干燥推動力比較均勻；使干燥推動力比較均勻； 空氣溫度低，熱損失可以減小?？諝鉁囟鹊?，熱損失可以減小。 B H0 t0 A C H2 t2 M H1 t1 v壓力對壓力對I-H圖各線的影響（總壓增大）圖各線的影響（總壓增大） 等等I 線線 I=（1.01+1.88H)t+2500H H、 t不變，則不變，則 I不變不變 等等t線線不變不變 等等H線線 水汽水汽 水汽水汽 pP p .H 6220 氣氣氣氣 水水水水 nM nM H 等等H 線不變線不變 Pp 水汽水汽 水

10、汽分壓線上移水汽分壓線上移 H. HP p 6220 水水汽汽 H I P p-H p -H P =1.0 =1.0 s s pP p. H 6220 P 由由 于是，于是，P增大等增大等線上移線上移。 ss HPP. HP 6220 等等 線線 水汽分壓線水汽分壓線 加壓對干燥不利，使推動力降低。加壓對干燥不利，使推動力降低。 pp H I P p-H p -H P =1.0 =1.0 討論：討論： 若若總壓增大總壓增大，露點溫度和絕熱飽和溫度怎樣變化？，露點溫度和絕熱飽和溫度怎樣變化？ 絕熱飽和溫度升高絕熱飽和溫度升高 A td td tas tas 露點溫度升高露點溫度升高 pp 14.

11、4 干燥器干燥器 14.4.1 干燥器的基本要求干燥器的基本要求 對被干燥物料的適應性對被干燥物料的適應性 首要條件首要條件 設備的生產(chǎn)能力要高設備的生產(chǎn)能力要高干燥時間干燥時間 能耗的經(jīng)濟性能耗的經(jīng)濟性 廂式干燥器廂式干燥器 氣流干燥器氣流干燥器 沸騰床干燥器沸騰床干燥器 轉筒干燥器轉筒干燥器 噴霧干燥器噴霧干燥器 滾筒干燥器滾筒干燥器 耙式真空干燥器耙式真空干燥器 微波干燥器微波干燥器 紅外線干燥器紅外線干燥器 對流式對流式 傳導式傳導式 介電加熱式介電加熱式 輻射式輻射式 按加熱方式分按加熱方式分 按操作方式分按操作方式分 間歇式間歇式 連續(xù)式連續(xù)式 分類分類 廂式干燥器廂式干燥器 噴霧

12、干燥器噴霧干燥器 特點：結構簡單，適應性強。特點：結構簡單，適應性強。 但生產(chǎn)率低，產(chǎn)品質(zhì)量不易均勻。但生產(chǎn)率低，產(chǎn)品質(zhì)量不易均勻。 適用于小規(guī)模、多品種的場合。適用于小規(guī)模、多品種的場合。 特點：噴霧干燥的干燥時間短，料液直接加特點：噴霧干燥的干燥時間短，料液直接加 工成固體產(chǎn)品。工成固體產(chǎn)品。 適用于熱敏性物料的干燥。適用于熱敏性物料的干燥。 設備大、能耗高。設備大、能耗高。 14.4.2 常用對流式干燥器常用對流式干燥器 氣流干燥器氣流干燥器 特點：特點： 干燥時間短，成品質(zhì)量均勻，干燥時間短，成品質(zhì)量均勻， 對物料有破碎作用。對物料有破碎作用。 設備龐大。設備龐大。 流化床干燥器流化床

13、干燥器 特點：結構簡單，造價低，活動部件少，操特點：結構簡單，造價低，活動部件少，操 作維修方便，熱效率較高。作維修方便，熱效率較高。 適用于粒徑在適用于粒徑在30mm6mm的粉粒狀的粉粒狀 物料。物料。 轉筒干燥器轉筒干燥器 特點：機械化程度高，生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量均勻，特點：機械化程度高，生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量均勻， 對各種物料的適應性強對各種物料的適應性強 例例1. 總壓總壓100kPa，空氣的溫度為，空氣的溫度為20 ，濕，濕 度為度為 0.01kg/kg絕干氣。試求：絕干氣。試求： 空氣的相對濕度空氣的相對濕度1； 總壓總壓P與濕度與濕度H不變，將空氣溫度提高不變，將空氣溫度提高 至至

14、50時的相對濕度時的相對濕度2； 溫度溫度t與濕度與濕度H不變，將空氣總壓提高不變，將空氣總壓提高 至至120kPa時的相對濕度時的相對濕度3； 若總壓提高到若總壓提高到300kPa，溫度仍維持，溫度仍維持20 不變，每不變，每100m3原濕空氣冷凝出來的水分量。原濕空氣冷凝出來的水分量。 【解解】 相對濕度相對濕度1： 水水汽汽 水水汽汽 pP p H 622.0 kPa. . . H. HP p5821 0106220 100010 6220 水水汽汽 t20時，時，ps2.334kPa。 %100 s p p 水水汽汽 %. . . 867 3342 5821 1 將空氣溫度提高至將空氣

15、溫度提高至50時的相對濕度時的相對濕度2： 因因P和和H不變，則不變，則 p水汽 水汽 仍為 仍為1.582kPa， t50，ps14.99kPa %6 .10 99.14 582. 1 2 s p p水 水汽汽 總壓提高至總壓提高至120kPa時的相對濕度時的相對濕度3 : 因總壓提高到因總壓提高到120kPa，空氣濕度，空氣濕度H不變，不變， kPa. . . H. PH p91 0106220 120010 6220 水水汽汽 %. . . .C184 3342 91 kPa3342p20 3s 則則時時， 當當P100kPa時，時，p水汽 水汽 1.582kPa?，F(xiàn)?，F(xiàn) t 不變，不變

16、，P300kPa， 因因p水汽 水汽 P，則理論上，則理論上p水汽 水汽 1.58234.746kPa， 但但20的的PS2.334kPa，故在壓縮過程中必有水分析出。，故在壓縮過程中必有水分析出。 空氣中的水蒸氣分壓將保持為空氣中的水蒸氣分壓將保持為PS2.334kPa，則加壓后的空氣，則加壓后的空氣 濕度為飽和濕度。濕度為飽和濕度。 絕絕干干氣氣kgkg pP p H s s s /00488. 0 334. 2300 334. 2622. 0622. 0 加壓后加壓后每每kg絕干氣絕干氣冷凝出來的水分量為：冷凝出來的水分量為： 絕絕干干氣氣kg/kg.HHH s 051200048800

17、10 若總壓提高到若總壓提高到300kPa，溫度仍維持，溫度仍維持20不變，不變， 每每100m3原濕空氣冷凝出來的水分量原濕空氣冷凝出來的水分量 絕絕干干氣氣kg/m. . . P .t H.vH 3 8530 100 3101 273 20273 01024417220 3101 273 273 24417220 水水kg. . H v W H 60005120 8530 100100 100m3原濕空氣冷凝出來的水分量為原濕空氣冷凝出來的水分量為: 討論：通過以上計算可知，對于討論：通過以上計算可知，對于H一定的空氣，當總壓一定的空氣，當總壓P一定，空一定，空 氣溫度升高，可使相對濕度氣

18、溫度升高，可使相對濕度降低，降低，越低，對干燥越有利，所以越低，對干燥越有利，所以 干燥過程中，必須將空氣預熱到一定溫度。當溫度干燥過程中，必須將空氣預熱到一定溫度。當溫度t一定時，提高一定時，提高 空氣總壓，使相對濕度空氣總壓，使相對濕度升高，故干燥過程大多在常壓或真空條件升高，故干燥過程大多在常壓或真空條件 下進行。下進行。 原濕空氣比體積為：原濕空氣比體積為： 例例 某干燥器的操作壓強為某干燥器的操作壓強為79.98kPa，出口氣體的溫度為，出口氣體的溫度為60， 相對濕度為相對濕度為70，將部分出口氣體返回干燥器入口與新鮮空氣，將部分出口氣體返回干燥器入口與新鮮空氣 混合，使進入干燥器

19、氣體溫度不超過混合，使進入干燥器氣體溫度不超過90，相對濕度為，相對濕度為12。 已知新鮮空氣的質(zhì)量流量為已知新鮮空氣的質(zhì)量流量為0.5025kg/s，濕度為，濕度為0.005kg水水/kg干干 空氣，試求空氣，試求 （1）新鮮空氣的預熱溫度及空氣的循環(huán)量；）新鮮空氣的預熱溫度及空氣的循環(huán)量； （2）預熱器需提供的熱量為多少？若將流程改為先混合后預熱，）預熱器需提供的熱量為多少？若將流程改為先混合后預熱， 所需熱量是否變化？所需熱量是否變化？ 以混合點為控制體，對水分作物料衡算以混合點為控制體，對水分作物料衡算 mRR HVVHVVH 20 skg. . . H V V 干空氣干空氣50 00501 50250 1 0 干干空空氣氣水水kg/kg. . . . pp p .H s s 13130 9119709879 911970 62206220 2 干干空空氣氣水水kg/kg. . . . pp p .H sm sm m 07310 09701209879 0970120 62206220 以混合點為控制體作熱