化工原理第十一章固體物料的干燥課件

1、化工原理 固體物料的干燥第十一章 固體物料的干燥 通過本章學習，應(yīng)掌握干燥的基本概念和原理；濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖；干燥過程的物料衡算與熱量衡算方法；干燥過程的平衡關(guān)系與速率關(guān)系。了解干燥時間的計算；干燥設(shè)備的類型及結(jié)構(gòu)特點。學習目的與要求11.1 干燥過程概述 11.1.1 干燥的原理與應(yīng)用第十一章 固體物料的干燥一、干燥過程的原理氣、固相中所含濕分的不同分離物系固體中的濕分形成兩相體系的方法引入一氣相（干燥介質(zhì)）傳質(zhì)原理（固相氣相） 固體物料干燥過程濕物料熱空氣氣膜氣相主體Q 推動力 t - twN 推動力 pw- p二、干燥過程的應(yīng)用濕聚氯乙烯干燥成聚氯乙烯產(chǎn)品濕尿素干燥成尿素產(chǎn)品含水量

2、3%含水量 0.5%干燥含水量 2%含水量 0.3%干燥應(yīng)用示例三、干燥過程與其他除濕方法的比較工程中的常用除濕方法 機械除濕 物理除濕 利用熱能除濕干燥除濕的特點 除濕徹底 能耗高為節(jié)能工業(yè)上多采用聯(lián)合除濕機械除濕干燥除濕沉降過濾離心吸附干燥11.1 干燥過程概述 11.1.1 干燥的原理與應(yīng)用第十一章 固體物料的干燥11.1.2 干燥過程的分類按操作壓力分類干燥按傳熱方式分類干燥過程的分類常壓干燥 真空干燥傳導干燥 對流干燥按操作方式分類輻射干燥介電加熱干燥干燥間歇干燥 連續(xù)干燥干燥11.1 干燥過程概述 第十一章 固體物料的干燥11.2.1 濕空氣的性質(zhì)11.2 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖 一

3、、濕度 H (濕含量)干燥介質(zhì)干燥濕分計算基準濕空氣中水汽的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比定義濕空氣水分1kg 絕干氣kg水汽 / kg絕干氣H符號單位kg / kg絕干氣常壓下濕空氣可視為理想氣體一、濕度 H (濕含量)水汽的分壓總壓濕空氣中水汽與絕干氣的摩爾比濕空氣被水所飽和若飽和濕空氣一、濕度 H (濕含量)空氣溫度下純水的飽和蒸汽壓二、相對濕度濕空氣中水汽分壓與同溫度水的飽和蒸汽壓之比定義符號單位干燥能力吸收水分能力干燥速率傳質(zhì)推動力p = 0 = 0 絕干空氣p= ps = 100 飽和空氣二、相對濕度分析三、比體積 vH以1 kg 絕干氣為基準的濕空氣的體積m3濕空氣 / kg絕干氣定義

4、符號單位設(shè)濕空氣的溫度為 t濕空氣的濕度為 H濕空氣的總壓力為 p總?cè)?、比體積 vH四、比熱容 cH常壓下將以 1kg 絕干氣為基準的濕空氣的溫度升高（或降低）1 所吸收（或放出）的熱量kJ / (kg絕干氣) 定義符號單位設(shè)濕空氣的濕度為 H則絕干氣比熱容水汽的比熱容在常用溫度范圍內(nèi) cg =1.01 kJ / (kg絕干氣) cv =1.88 kJ / (kg水汽) 四、比熱容 cH故有 五、焓 IkJ/kg絕干氣以1 kg 絕干氣為基準的濕空氣的焓值則定義符號單位絕干氣的焓值為 Ig水汽的焓值為 Iv設(shè)濕空氣的溫度為 t濕空氣的濕度為 H以0為基準設(shè)五、焓 I則 六、溫度1.干球溫度與濕

5、球溫度 用普通溫度計直接測得的濕空氣的溫度，稱為干球溫度，簡稱溫度，以 t 表示。它是濕空氣的真實溫度。 (1)干球溫度 t(2)濕球溫度 tW 用濕球溫度計測得的濕空氣的溫度，稱為濕球溫度。濕球溫度可度量濕空氣的濕度大小。 濕球溫度計示意圖不飽和濕空氣 水接觸 水分汽化:向氣相主體傳遞(汽化熱為水分本身溫度降低放出顯熱)熱量傳遞濕度差 質(zhì)量傳遞 溫度差熱量由氣相主體傳遞給水分(氣相溫度下降)達平衡狀態(tài) t tw 溫度維持不變 不飽和濕空氣 六、溫度濕球溫度的測量機理(3)濕球溫度與干球溫度及濕度的關(guān)系濕空氣的干球溫度為 t濕空氣的濕度為 H設(shè)濕空氣的濕球溫度為 tw氣膜中飽和濕度為 Hs,t

6、w傳熱速率為 J/s 傳質(zhì)速率為 kg/s 六、溫度穩(wěn)態(tài)下 聯(lián)立得 測定 t、tw 濕度 H 未飽和濕空氣t tw 飽和濕空氣t = tw 六、溫度不飽和濕空氣 水絕熱狀態(tài)接觸 水分汽化:向氣相主體傳遞(汽化熱為水分本身溫度降低放出顯熱)熱量傳遞 飽和濕空氣濕度差 質(zhì)量傳遞 溫度差 熱量由氣相主體傳遞給水分(氣相溫度下降絕熱冷卻)達飽和狀態(tài) t tas H Has 100 2.絕熱飽和冷卻溫度 tas 六、溫度絕熱飽和冷卻塔示意圖1塔 身2填 料3循環(huán)泵絕熱狀態(tài)絕熱飽和溫度與干球溫度及濕度的關(guān)系未飽和濕空氣的焓飽和濕空氣的焓絕熱過程六、溫度因為H、Has值很小整理得通常比較得六、溫度不飽和濕空

7、氣 飽和濕空氣等濕下冷卻達飽和狀態(tài) t td H Hs,td 100 tps示例：露珠的產(chǎn)生不飽和濕空氣 t tw（tas） td飽和濕空氣 t tw（tas）= td3.露點 td 六、溫度11.1 干燥過程概述 第十一章 固體物料的干燥11.2.1 濕空氣的性質(zhì)11.2 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖 11.2.2 濕空氣的濕度圖 在一定總壓下，濕空氣的各參數(shù)中，只有兩個是獨立的，只要確定了濕空氣的兩個獨立參數(shù)，濕空氣的狀態(tài)就確定了。工程上為了方便計算，常將濕空氣各參數(shù)標繪成圖，稱為濕空氣的濕度圖。一、 H I 圖的構(gòu)造濕空氣的濕度圖濕度焓（HI）圖濕度溫度（Ht）圖濕空氣的HI 圖HI 圖由以下線

8、群組成 等濕線（等 H 線） 范圍 00.2 kg/kg絕干氣 等焓線（等 I 線） 范圍 0680 kJ/kg絕干氣 等溫線（等 t 線） 范圍 0250 等相對濕度線（等 線） 范圍 5100 =100 飽和空氣線 水汽分壓線（ p 線） 范圍 026 kPa 一、 H I 圖的構(gòu)造1.已知狀態(tài)點求濕空氣的參數(shù) 已知狀態(tài)點可由 H-I 圖求出濕空氣的各參數(shù)值： 濕度 H 溫度 焓 I 相對濕度 水汽分壓 p干球溫度t絕熱飽和冷卻溫度tas(濕球溫度 tW)露點td二、 H I 圖的應(yīng)用已知狀態(tài)點求濕空氣的參數(shù)AHtIptdtastW2.由兩個獨立參數(shù)確定其它參數(shù) 已知兩個獨立參數(shù)可由 H-

9、I 圖確定濕空氣的狀態(tài)點，繼而求出濕空氣的各參數(shù)值。 已知溫度 t濕球溫度 tW 已知溫度 t露點 td 已知溫度 t相對濕度 二、 H I 圖的應(yīng)用已知狀態(tài)點求濕空氣的參數(shù)AHtIptdtastW已知狀態(tài)點求濕空氣的參數(shù)AHtIptdtastW已知狀態(tài)點求濕空氣的參數(shù)AHtIptdtastW1.已知狀態(tài)點求濕空氣的參數(shù) 已知狀態(tài)點可由 H-I 圖求出濕空氣的各參數(shù)值： 濕度 H 溫度 焓 I 相對濕度 水汽分壓 p干球溫度t絕熱飽和冷卻溫度tas(濕球溫度 tW)露點td二、 H I 圖的應(yīng)用已知狀態(tài)點求濕空氣的參數(shù)AHtIptdtastW2.由兩個獨立參數(shù)確定其它參數(shù) 已知兩個獨立參數(shù)可由

10、 H-I 圖確定濕空氣的狀態(tài)點，繼而求出濕空氣的各參數(shù)值。 已知溫度 t濕球溫度 tW 已知溫度 t露點 td 已知溫度 t相對濕度 二、 H I 圖的應(yīng)用已知狀態(tài)點求濕空氣的參數(shù)AHtIptdtastW已知狀態(tài)點求濕空氣的參數(shù)AHtIptdtastW已知狀態(tài)點求濕空氣的參數(shù)AHtIptdtastW一、濕物料的含水量1.濕基含水量 kg / kg濕物料 濕基含水量是指濕物料中水分的質(zhì)量分率。工業(yè)上通常用濕基含水量表示濕含量。注意2.干基含水量 干基含水量是指濕物料中水分質(zhì)量與絕干物料質(zhì)量的比kg / kg絕干料 兩種含水量之間的關(guān)系 一、濕物料的含水量二、濕物料的比熱容 cm將以 1kg 絕干

11、料為基準的濕物料的溫度升高（或降低）1 所吸收（或放出）的熱量kJ / (kg絕干料) 定義符號單位設(shè)濕物料的干基濕含量為 X則絕干料比熱容水分的比熱容在常用溫度范圍內(nèi) cw =4.187 kJ / (kg水) 故有 二、濕物料的比熱容 cmkJ/kg絕干料以1 kg 絕干料為基準的濕物料的焓值則定義符號單位設(shè)三、濕物料的焓水的焓值為 Iw絕干料的焓值為以0為基準則 設(shè)濕物料的溫度為濕物料的干基濕含量為 X三、濕物料的焓一、物料衡算干燥器物料衡算示意圖 干燥器 新鮮空氣 廢氣 濕物料 干燥產(chǎn)品 絕干空氣流量絕干物料流量干燥產(chǎn)品流量濕物料處理量1.水分蒸發(fā)量W kg/s 以1 s 為基準，設(shè)干燥

12、器內(nèi)無物料損失，對干燥器作物料衡算一、物料衡算則 單位時間內(nèi)水分蒸發(fā)量2.空氣消耗量 L kg絕干氣/s 得 一、物料衡算由 單位時間內(nèi)消耗的絕干空氣量濕空氣(新鮮空氣)的消耗量為 kg新鮮氣/s 濕空氣(新鮮空氣)的體積消耗量為 m3新鮮氣/s 一、物料衡算設(shè) 絕干空氣消耗量為 L 濕空氣的濕度為 H1 則 單位空氣消耗量為 kg絕干氣/ kg 水一、物料衡算單位時間內(nèi)消耗的絕干空氣量3.濕物料處理量及干燥產(chǎn)品流量 kg/s 絕干料衡算濕物料處理量干燥產(chǎn)品流量kg/s 一、物料衡算二、熱量衡算干燥器熱量衡算示意圖 Qp 預熱器消耗熱量，kWQD 干燥器補充熱量，kWQL 熱損失速率，kW干燥

13、器 新鮮空氣 廢氣 濕物料 干燥產(chǎn)品 預熱器 預熱器熱量衡算 干燥器熱量衡算 整個系統(tǒng)熱量衡算 一、熱量衡算基本方程由 設(shè)一、熱量衡算基本方程絕干空氣的焓水汽的焓則以0 為基準故 一、熱量衡算基本方程一、熱量衡算基本方程物料的焓值 濕物料的平均比熱容絕干料的平均比熱容水的比熱容由整理得 加熱空氣一、熱量衡算基本方程加熱物料蒸發(fā)水分損失熱量練 習 題 目思考題作業(yè)題: 3、41.H I 圖的構(gòu)造如何，如何由濕空氣的狀態(tài) 點確定其狀態(tài)參數(shù)？2.如何對干燥系統(tǒng)進行物料衡算？ 3.熱量衡算的基本方程式是如何獲得的？ 第十一章 固體物料的干燥11.3 干燥過程的物料衡算與熱量衡算 11.3.1 濕物料的

14、性質(zhì)11.3.2 干燥過程的物料衡算與熱量衡算 11.3.3 空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化一、絕熱干燥過程1.絕熱干燥過程的狀態(tài)變化理想干燥等焓干燥ABC 不向干燥器補充熱量 干燥器的熱損失可忽略 物料進出干燥器的焓相等D= 0 L= 0 一、絕熱干燥過程2.絕熱干燥過程的條件 由一、絕熱干燥過程 故 則二、非絕熱干燥過程1.非絕熱干燥過程的狀態(tài)變化實際干燥AB等溫干燥升焓干燥降焓干燥降焓干燥過程應(yīng)滿足以下條件 不向干燥器補充熱量 干燥器的熱損失不能忽略 物料進出干燥器的焓不相等D= 0 L 0 2.非絕熱干燥過程的條件二、非絕熱干燥過程二、非絕熱干燥過程 由 故 則升焓干燥過程應(yīng)滿足以下條件

15、需向干燥器補充熱量 干燥器的熱損失不能忽略 物料進出干燥器的焓不相等且 L 0 二、非絕熱干燥過程二、非絕熱干燥過程 由 故 則 因等溫干燥過程應(yīng)滿足以下條件 干燥器的熱損失不能忽略 物料進出干燥器的焓不相等 需向干燥器補充熱量D足夠大，維持 t1= t2且 L 0 二、非絕熱干燥過程第十一章 固體物料的干燥11.3 干燥過程的物料衡算與熱量衡算 11.3.1 濕物料的性質(zhì)11.3.2 干燥過程的物料衡算與熱量衡算 11.3.3 空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化11.3.4 干燥系統(tǒng)的熱效率一、干燥系統(tǒng)的熱效率干燥系統(tǒng)的熱效率定義 蒸發(fā)水分所需熱量一、干燥系統(tǒng)的熱效率由 忽略濕物料中水分帶入系統(tǒng)中的

16、焓，則 故 對于理想干燥器二、提高干燥系統(tǒng)熱效率的措施提高干燥系統(tǒng)熱效率措施 提高 而降低 提高空氣入口溫度 采用二級干燥 采用內(nèi)換熱器 干燥系統(tǒng)的保溫 采用廢氣循環(huán)工藝二、提高干燥系統(tǒng)熱效率的措施帶廢氣循環(huán)的干燥系統(tǒng)（1）二、提高干燥系統(tǒng)熱效率的措施帶廢氣循環(huán)的干燥系統(tǒng)（2）第十一章 固體物料的干燥11.3 干燥過程的物料衡算與熱量衡算 11.4 干燥速率與干燥時間 11.4.1 物料中水分的性質(zhì)一、平衡水分與自由水分濕物料濕空氣接觸時間平衡曲線達平衡狀態(tài)時平衡濕含量X*X1.平衡曲線平衡含水量X*與空氣相對濕度 的關(guān)系（25 ）1新聞紙2羊毛、毛織物3硝化纖維4絲5皮革6陶土7煙葉8肥皂9

17、牛皮膠10木材11玻璃絨12棉花在一定的干燥條件下不能被除去的水分平衡水分 X* 大于平衡水分的水分自由水分 X-X* 物料所含水分平衡水分自由水分平衡水分 自由水分 按能否被除去劃分，取決于物料的性質(zhì)和空氣的狀態(tài)2.平衡水分與自由水分一、平衡水分與自由水分結(jié)合水分的特點結(jié)合力強，不易除去。二、結(jié)合水分與非結(jié)合水分物料表面吸附及空隙中所含的水分物料細胞壁及毛細孔道內(nèi)所含的水分濕物料結(jié)合水分非結(jié)合水分非結(jié)合水分的特點結(jié)合力弱，容易除去。物料所含水分結(jié)合水分非結(jié)合水分結(jié)合水分 非結(jié)合水分 按除去的難易程度劃分，僅取決于物料的性質(zhì)，而與空氣的狀態(tài)無關(guān)。二、結(jié)合水分與非結(jié)合水分固體物料中所含水分的性質(zhì)

18、總水分平衡水分自由水分非結(jié)合水分結(jié)合水分第十一章 固體物料的干燥11.3 干燥過程的物料衡算與熱量衡算 11.4 干燥速率與干燥時間 11.4.1 物料中水分的性質(zhì)11.4.2 恒定干燥條件下干燥時間的計算一、干燥實驗和干燥曲線1.恒定干燥實驗恒定干燥條件 間歇操作 用大量的空氣干燥少量的物料 維持空氣的速度及與物料的接觸方式不變實驗數(shù)據(jù)時 間 物料溫度 物料濕含量 X洞道干燥實驗流程示意圖 1洞道干燥室 2離心鼓風機 3孔板流量計 4溫度計 5干燥物料 6重量傳感器 7加熱器 8濕球溫度計 9干球溫度計10重量顯示儀11溫度顯示儀12濕球溫度顯 示儀13電加熱控制 儀表一、干燥實驗和干燥曲線

19、預熱階段恒速干燥階段（第一干燥階段）干燥階段降速干燥階段（第二干燥階段）熱量主要用于物料升溫熱量用于汽化水分熱量用于汽化水分和加熱物料一、干燥實驗和干燥曲線2.干燥曲線 將物料含水量（或物料表面溫度 ）對干燥干燥曲線X 曲線 曲線時間繪圖，所得圖形稱為干燥曲線。干燥曲線（X關(guān)系 ）預熱階段恒速干燥階段降速干燥階段干燥曲線（ 關(guān)系 ）預熱階段恒速干燥階段降速干燥階段第十一章 固體物料的干燥11.4 干燥速率與干燥時間 11.4.1 物料中水分的性質(zhì)11.4.2 恒定干燥條件下干燥時間的計算一、干燥實驗和干燥曲線二、干燥速率曲線及干燥過程分析1.干燥速率單位時間單位干燥面積上汽化的水分質(zhì)量。kg/

20、(m2) 定義干燥速率定義式干燥速率2.干燥速率曲線U 與 的關(guān)系曲線 干燥速率曲線。干燥曲線干燥速率曲線曲線斜率二、干燥速率曲線及干燥過程分析恒定干燥條件下干燥速率曲線預熱階段恒速干燥階段降速干燥階段臨界濕含量臨界干燥速率濕空氣水分傳遞 由內(nèi)部向表面遷移由表面向空氣中汽化濕物料二、干燥速率曲線及干燥過程分析3.干燥機理及影響因素(1)恒速干燥階段內(nèi)部遷移速率表面汽化速率特征表面維持潤濕狀態(tài)，汽化的水分一般為非結(jié)合水分空氣傳給濕物料顯熱水分汽化所需潛熱表面汽化控制階段二、干燥速率曲線及干燥過程分析設(shè)二、干燥速率曲線及干燥過程分析一批操作中空氣傳給物料的總熱量為一批操作中蒸發(fā)的水分量為則空氣與物料表