化工原理教學(xué)課件

第7章固體干燥7.1概述7.2濕空氣的性質(zhì)與濕度圖7.3固體物料的干燥平衡7.4干燥過程的計(jì)算7.5干燥速率與干燥時間器7.6干燥器7.7固體干燥過程的強(qiáng)化與展望第7章固體干燥

在化工生產(chǎn)中，一些固體產(chǎn)品或半成品可能混有大量的濕分，將濕分從物料中去除的過程，稱為去濕。去濕的方法及適用場合：機(jī)械去濕：用于去除固體物料中大部分濕分。吸附去濕：用于去除少量濕分。熱能去濕（干燥）：向物料供熱以汽化其中的濕分的單元操作。7.1概述在化工生產(chǎn)中，一些固體產(chǎn)品或半成品可能混有大干燥過程的分類：常壓干燥真空干燥連續(xù)式間歇式按操作壓力分按操作方式分干燥過程的分類：常壓干燥連續(xù)式按操作壓力分按操作方式分根據(jù)供熱方式不同，干燥可分為以下四種情況：傳導(dǎo)干燥（間接加熱干燥）：

熱能通過壁面以傳導(dǎo)方式加熱物料。對流干燥（直接加熱干燥）：

干燥介質(zhì)與濕物料直接接觸，并以對流方式加熱濕物料。輻射干燥：

熱能以電磁波的形式輻射到濕物料表面。介電加熱干燥：

將濕物料置于高頻電場內(nèi)，使其被加熱。根據(jù)供熱方式不同，干燥可分為以下四種情況：傳導(dǎo)干燥（間接加熱

本章主要討論對流干燥，干燥介質(zhì)是熱空氣，除去的濕分是水分。

對流干燥是傳熱、傳質(zhì)同時進(jìn)行的過程，但傳遞方向不同，是熱、質(zhì)反向傳遞過程：傳熱傳質(zhì)方向推動力氣固固氣溫度差水汽分壓差本章主要討論對流干燥，干燥介質(zhì)是熱空氣，除去干燥過程進(jìn)行的必要條件：*物料表面水汽壓力大于干燥介質(zhì)中水汽分壓；*

干燥介質(zhì)要將汽化的水分及時帶走。干燥過程進(jìn)行的必要條件：7.2

濕空氣的性質(zhì)與濕度圖7.2.1 濕空氣的性質(zhì)7.2.2 空氣的濕度圖及其應(yīng)用7.2濕空氣的性質(zhì)與濕度圖7.2.1 濕空氣的性質(zhì)7.2.1 濕空氣的性質(zhì)通常用兩個參數(shù)來表征空氣中所含水分的大?。?/p>

濕度H及相對濕度一、濕度（濕含量）H定義：濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與絕干空氣質(zhì)量之比。濕空氣是由水蒸汽和絕干空氣構(gòu)成。7.2.1 濕空氣的性質(zhì)通常用兩個參數(shù)來表征空氣中所含水分nw：濕空氣中水汽的摩爾數(shù)，kmol；

ng：濕空氣中絕干空氣的摩爾數(shù)，kmol；Mw：水汽的摩爾質(zhì)量，kg.kmol-1；Mg：空氣的平均摩爾質(zhì)量，kg.kmol-1。H

=kg水汽kg絕干空氣=nwMwng

Mg=18.02nw28.95ng質(zhì)量比nw：濕空氣中水汽的摩爾數(shù)，kmol；H=kg水汽kg當(dāng)濕空氣可視為理想氣體時，則有：式中：pw為空氣中水蒸汽分壓。即：當(dāng)p為一定值時，當(dāng)濕空氣可視為理想氣體時，則有：式中：pw為空氣中水蒸汽分壓

當(dāng)濕空氣中水蒸汽分壓

pw恰好等于同溫度下水蒸汽的飽和蒸汽壓ps時，則表明濕空氣達(dá)到飽和，此時的濕度H為飽和濕度Hs。二、相對濕度定義：在一定溫度及總壓下，濕空氣的水汽分壓pw與同溫度下水的飽和蒸汽壓ps之比的百分?jǐn)?shù)。即：即：當(dāng)濕空氣中水蒸汽分壓pw恰好等于同溫結(jié)論：

濕度H

只能表示出水汽含量的絕對值，而相對濕度卻能反映出濕空氣吸收水汽的能力。當(dāng)

=1時：

pw=ps，濕空氣達(dá)飽和，不可作為干燥介質(zhì)；當(dāng)

<1時：

pw<ps，濕空氣未達(dá)飽和，可作為干燥介質(zhì)。越小，濕空氣偏離飽和程度越遠(yuǎn)，干燥能力越大。結(jié)論：當(dāng)=1時：越小，濕空氣偏離飽和程度越【例7-1】

濕空氣中水的蒸汽分壓pw=2.33kPa，總壓p=101.3kPa，溫度為20℃、50℃和120℃，求H和值。相對濕度

與濕度

H

的關(guān)系：【例7-1】相對濕度與濕度H的關(guān)系：化工原理教學(xué)課件從絕對濕度H的定義(單位質(zhì)量干空氣所含氣態(tài)水的質(zhì)量)看，當(dāng)PW→P時，H→∞。因此H的定義域?yàn)镻W<P?？諝庵械乃羝謮篜W不可能大于總壓。從絕對濕度H的定義(單位質(zhì)量干空氣所含氣態(tài)水的質(zhì)量)看，當(dāng)P三、濕空氣的比熱與焓

1.濕比熱（濕熱）cH[kJ/(kg干氣?℃)]定義：在常壓下，將1kg干空氣和其所帶有的Hkg水汽升高溫度1℃所需的熱量。：干空氣比熱=1.01

kJ/(kg干氣?℃)：水汽比熱=1.88

kJ/(kg水汽?℃)式中三、濕空氣的比熱與焓：干空氣比熱=1.01kJ/(kg2.焓（熱含量）I

[kJ/kg干氣]

定義：濕空氣的焓為干空氣的焓與水汽的焓之和。計(jì)算基準(zhǔn)：以0℃干空氣及0℃液態(tài)水的焓值為0作計(jì)算基準(zhǔn)。

因此，對于溫度為t、濕度為H的濕空氣，其焓值包括由0℃的水變?yōu)?℃水汽所需的潛熱及濕空氣由0℃升溫至t℃所需的顯熱之和。2.焓（熱含量）I [kJ/kg干氣]因此，對于溫度為即：式中：I：溫度為t、濕度為H的濕空氣的焓值，[kJ/kg干氣]；Ig：干空氣的焓值，[kJ/kg干氣]；Iv：汽態(tài)水的焓值，[kJ/kg水汽]；r0：0℃時水的汽化潛熱，r0=2492kJ/kg水汽。即：式中：

由上式可知，濕空氣的焓值只與濕空氣的濕度及溫度有關(guān)。即：I=f(H,t)四、濕空氣的比容（濕容積）υH [m3濕空氣/kg干氣]定義：每單位質(zhì)量絕干空氣中所具有的濕空氣（絕干空氣和水蒸汽）的總體積。由上式可知，濕空氣的焓值只與濕空氣的濕度及溫式中：:壓力p

、溫度t下濕空氣比容,[m3濕氣/kg干氣]；：壓力p

、溫度t下干空氣比容，

[m3干氣/kg干氣]；：壓力p、溫度t下水汽比容，[m3水/kg水]。、的數(shù)值為：式中：:壓力p、溫度t下濕空氣比容,[m3濕氣/kg干氣所以：所以：綜合以上分析可得： 當(dāng)總壓力p為一定值時，濕空氣密度：綜合以上分析可得： 當(dāng)總壓力p為一定值時，濕空氣密度：定義：一定壓力下，將不飽和空氣等濕降溫至飽和，出現(xiàn)第一滴露珠時的溫度。飽和濕度HS

與露點(diǎn)td的關(guān)系：五、露點(diǎn)tdpd：td下的飽和蒸汽壓。定義：一定壓力下，將不飽和空氣等濕降溫至飽和濕度HS與露干球溫度t是用普通溫度計(jì)測得的濕空氣的真實(shí)溫度。濕球溫度計(jì)在空氣中所達(dá)到的平衡或穩(wěn)定的溫度。濕球溫度計(jì)：溫度計(jì)的感溫球用紗布包裹，紗布用水保持濕潤，這支溫度計(jì)為濕球溫度計(jì)。不飽和空氣的濕球溫度tw低于干球溫度t。六、干球溫度t七、濕球溫度tw干球溫度t是用普通溫度計(jì)測得的濕空氣的真實(shí)溫度。濕球溫度計(jì)在化工原理教學(xué)課件濕球溫度計(jì)工作原理分析濕球溫度計(jì)工作原理分析化工原理教學(xué)課件濕球溫度tw計(jì)算公式:式中：：空氣至濕紗布的對流傳熱系數(shù)，W?m-2℃-1；：以濕度差為推動力的傳質(zhì)系數(shù)，kg?m-2s-1；：水在濕球溫度tw時的汽化潛熱，kJ?kg-1水；：濕空氣在溫度為tw下的飽和濕度，kg水/kg干氣；：空氣在溫度為t下實(shí)際的濕度，kg水/kg干氣。濕球溫度tw計(jì)算公式:式中：：空氣至濕紗布的對流傳熱系數(shù)*物系性質(zhì)：與α

、kH有關(guān)的物性；*

空氣狀態(tài)：t、H；*

流動條件：α/kH

。

實(shí)驗(yàn)表明，α與kH都與Re的0.8次冪成正比，故α

與kH之比值與流速無關(guān)，只與物性有關(guān)。當(dāng)物系已確定，則物系性質(zhì)就不再改變，此時，濕球溫度只與氣相狀態(tài)有關(guān)，即：影響濕球溫度tw的三方面因素：*物系性質(zhì)：與α、kH有關(guān)的物性；實(shí)

對于空氣～水系統(tǒng)：當(dāng)空氣流速u

5m.s-1時，傳熱以對流方式為主，有：

因此，濕球溫度是濕空氣的溫度和濕度的函數(shù)，即當(dāng)t、H一定時，tw也為定值?？蓪憺椋涸趯?shí)際生產(chǎn)中，常常利用干、濕球溫度計(jì)來測量空氣的濕度。1.09kJ/(kg℃)對于空氣～水系統(tǒng)：因此，濕球溫度是濕空氣八、絕熱飽和溫度tas

定義：空氣絕熱增濕至飽和時的溫度。絕熱飽和器工作原理分析：八、絕熱飽和溫度tas

經(jīng)過以上分析可知，在空氣絕熱增濕過程中，空氣失去的顯熱與汽化水分帶來的潛熱相等，空氣的溫度和濕度雖隨過程的進(jìn)行而變化，但其焓值不變。ras：tas溫度下水的汽化潛熱，kJ/kg水；Has：空氣的絕熱飽和濕度，kg水/kg干氣；cH：濕空氣的比熱，kJ.kg-1干氣℃-1

經(jīng)過以上分析可知，在空氣絕熱增濕過程中，空濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的關(guān)系：tw：大量空氣與少量水接觸，空氣的t、H不變；tas：大量水與一定量空氣接觸，空氣降溫、增濕。tw：傳熱與傳質(zhì)速率均衡的結(jié)果，屬于動平衡；tas：由熱量衡算與物料衡算導(dǎo)出，屬于靜平衡。tw與tas數(shù)值上的差異取決于α/kH

與cH兩者之間的差別。

濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的關(guān)系：tw：當(dāng)空氣為不飽和狀態(tài)：ttw(tas)td；當(dāng)空氣為飽和狀態(tài)：t

=tw(tas)=td?？諝狻w系，，空氣～甲苯體系，，twtas當(dāng)空氣為不飽和狀態(tài)：ttw(tas)td；7.2.2 空氣的濕度圖及其應(yīng)用一、濕度圖五條線：1.等H線；2.等I線；3.等t線；4.等

線；5.水蒸氣分壓線。7.2.2 空氣的濕度圖及其應(yīng)用一、濕度圖五條線：化工原理教學(xué)課件二、濕度圖的應(yīng)用1.利用濕度圖查取濕空氣的物性二、濕度圖的應(yīng)用1.利用濕度圖查取濕空氣的物性2.濕空氣狀態(tài)點(diǎn)的確定2.濕空氣狀態(tài)點(diǎn)的確定【例7-2】

在總壓101.3kPa時，已知70°C,相對濕度20%，求濕度H、焓值I、絕熱飽和溫度tas亦濕球溫度tW

、空氣中水分壓p、露點(diǎn)溫度td。查圖可得焓值I=180，絕對濕度H=0.04絕熱飽和溫度tas=40°C，空氣中水分壓p=6kPa露點(diǎn)溫度td=35°C注意，總壓為一大氣壓，偏離不大時可直接用濕空氣焓-濕圖的使用【例7-2】在總壓101.3kPa時，已知70°C,相化工原理教學(xué)課件化工原理教學(xué)課件【例7-3】在總壓為101.3kPa下，空氣的溫度為20℃，濕度為0.01kg水/kg干氣。試求：1.、td、

tw；2.總壓P與濕度H不變，將空氣溫度提高至50℃時的；3.溫度t與濕度H不變，將空氣總壓提高至120kPa時的；4.若總壓提高至300kPa，溫度仍為20℃，每100m3原來的濕空氣所冷凝出來的水分量？理解為將100m3101.3kPa濕空氣壓縮到300kPa【例7-3】在總壓為101.3kPa下，空氣的溫度為20℃，化工原理教學(xué)課件濕球溫度下的濕球溫度下的化工原理教學(xué)課件化工原理教學(xué)課件結(jié)論：

因此，提高濕空氣溫度t，不僅提高了濕空氣的焓值，使其作為載熱體外，也降低了相對濕度使其作為載濕體。結(jié)論：因此，提高濕空氣溫度t，不僅提高了濕7.3干燥過程的物料衡算7.3.1 物料中水分含量的表示方法7.3.2水分在氣-固兩相間的平衡7.3干燥過程的物料衡算7.3.1 物料中水分含量7.3.1 物料中水分含量的表示方法兩種表示方法：一、濕基含水量w[kg水/kg濕物料]7.3.1 物料中水分含量的表示方法兩種表示方法：一、濕二、干基含水量X[kg水/kg干物料]三、兩者關(guān)系二、干基含水量X[kg水/kg干物料]三、兩者關(guān)系一、物料與水分結(jié)合方式附著水分：濕物料的粗糙外表面附著的水分。毛細(xì)管水分：多孔性物料的孔隙中所含的水分。溶脹水分：是物料組成的一部分，可透入物料細(xì)胞壁內(nèi)，使物料的體積為之增大。二、平衡水分與自由水分1.平衡水分（X*）——不能用干燥方法除去的水分。7.3.2水分在氣-固兩相間的平衡一、物料與水分結(jié)合方式附著水分：濕物料的粗糙外表面附著的水分2.自由水分（X－X*）——可用干燥方法除去的水分。X*=f（物料種類、空氣性質(zhì)）三、結(jié)合水分與非結(jié)合水分結(jié)合水分

——水與物料有結(jié)合力，pw<ps。吸水性弱的小2.自由水分（X－X*）——可用干燥方法除去的水分。X*2.非結(jié)合水分

——水與物料無結(jié)合力，pw＝ps。

結(jié)合水分與非結(jié)合水分只與物料的性質(zhì)有關(guān)，而與空氣的狀態(tài)無關(guān)，這是與平衡水分的主要區(qū)別。平衡水分一定是結(jié)合水分。2.非結(jié)合水分結(jié)合水分與非結(jié)合水分只與物料化工原理教學(xué)課件【例7-4】在常壓25℃下，水分在ZnO與空氣間的平衡關(guān)系為：相對濕度＝100%，平衡含水量X*＝0.02kg水/kg干料相對濕度＝40%，平衡含水量X*＝0.007kg水/kg干料現(xiàn)ZnO的含水量為0.25kg水/kg干料，令其與25℃，＝40%的空氣接觸，求物料的自由水分、平衡水分、結(jié)合水分和非結(jié)合水分?！纠?-4】在常壓25℃下，水分在ZnO與空氣間的平衡關(guān)系為化工原理教學(xué)課件7.4.1干燥過程的物料衡算干燥流程圖預(yù)熱器L,t0,H0L,t1,H1干燥器L,t2,H2

濕物料G1,w1,(X1),θ1

產(chǎn)品G2,w2,(X2),θ2新鮮空氣廢氣7.4干燥過程的計(jì)算7.4.1干燥過程的物料衡算干燥流程圖預(yù)熱器LL——絕干空氣質(zhì)量流量，[kg干氣/hr]；G1、G2——物料進(jìn)出干燥器總量，[kg物料/hr]。一、絕干物料量Gc[kg干物料/hr]二、汽化水分量W[kg水/hr]水分汽化量＝濕物料中水分減少量＝濕空氣中水分增加量L——絕干空氣質(zhì)量流量，[kg干氣/hr]；一、絕干物料三、絕干空氣用量L[kg干氣/hr][kg干氣/kg水]

比空氣用量：每汽化1kg的水所需干空氣的量。（單位空氣消耗量）三、絕干空氣用量L[kg干氣/hr][kg干氣/kg水四、濕空氣參數(shù)1.濕空氣用量[kg濕氣/kg水][kg濕氣/hr]2.濕空氣體積[kg濕氣/kg水][kg濕氣/hr]3.濕空氣密度[kg濕氣/m3濕氣]四、濕空氣參數(shù)1.濕空氣用量[kg濕氣/kg水][kg濕氣7.4.2干燥過程的熱量衡算QLI1,L,t1,H1

產(chǎn)品G2,w2,(X2),θ2

濕物料G1,w1,(X1),θ1I2,L,t2,H2廢氣I0,L,t0,H0新鮮空氣QP預(yù)熱器QD干燥器7.4.2干燥過程的熱量衡算QLI1,L,t1,QP：預(yù)熱器內(nèi)加入熱量，[kJ/hr]；QD：干燥器內(nèi)加入熱量，[kJ/hr]。外加總熱量Q＝QP＋QD汽化1kg水所需熱量：[kJ/kg水]QP：預(yù)熱器內(nèi)加入熱量，[kJ/hr]；外加總熱量Q＝QP一、預(yù)熱器的加熱量計(jì)算qP若忽略熱損失，則[kJ/kg水]二、干燥器的熱量衡算輸入量（1）濕物料帶入熱量（焓值）[kJ/kg濕料]一、預(yù)熱器的加熱量計(jì)算qP若忽略熱損失，則[kJ/kg水]cM：干燥后物料比熱，[kJ/kg濕料?℃]；cw：水的比熱，[kJ/kg水?℃]。（2）空氣帶入的焓值[kJ/kg水]（3）干燥器補(bǔ)充加入的熱量[kJ/kg水]cM：干燥后物料比熱，[kJ/kg濕料?℃]；（2）空氣帶入2.輸出量（1）干物料帶出焓值：（2）廢氣帶出焓值：（3）熱損失：Σ輸入＝Σ輸出物料升溫所需熱量2.輸出量（1）干物料帶出焓值：（2）廢氣帶出焓值：（3）所需外加總熱量q：所需外加總熱量q：化工原理教學(xué)課件7.4.3干燥系統(tǒng)的熱效率一、熱效率定義：二、影響熱效率的因素1.7.4.3干燥系統(tǒng)的熱效率一、熱效率定義：二、影響熱效率

因此，t2不能過低，一般規(guī)定t2比進(jìn)入干燥器時空氣的濕球溫度tw高20~50℃。2.3.回收廢氣中熱量；4.加強(qiáng)管道保溫，減少熱損失。因此，t2不能過低，一般規(guī)定t2比進(jìn)入7.4.4干燥器空氣出口狀態(tài)的確定一、等焓干燥過程（絕熱干燥過程或理想干燥過程）——空氣在進(jìn)、出干燥器的焓值不變。過程分析：7.4.4干燥器空氣出口狀態(tài)的確定一、等焓干燥過程（絕令：則有：：外界補(bǔ)充的熱量及濕物料中被汽化水分帶入的熱量；：熱損失及濕物料進(jìn)出干燥器熱量之差。令：則有：：外界補(bǔ)充的熱量及濕物料中被汽化水分：熱損失及濕物等焓過程：等焓過程又可分為兩種情況，其一無熱損失濕物料不升溫干燥器不補(bǔ)充熱量濕物料中汽化水分帶入的熱量很少等焓過程：等焓過程又可分為兩種情況，其一無熱損失濕物料不升溫

空氣放出的顯熱完全用于蒸發(fā)水分所需的潛熱，而水蒸汽又把這部分潛熱帶回到空氣中，所以空氣焓值不變。以上兩種干燥過程均為等焓干燥過程。若即：濕物料中水分帶入的熱量及干燥器補(bǔ)充的熱量正好與熱損失及物料升溫所需的熱量相抵消，此時，空氣的焓值也保持不變。其二空氣放出的顯熱完全用于蒸發(fā)水分所需的潛熱，而二、實(shí)際干燥過程1.補(bǔ)充熱量大于損失的熱量即——在非絕熱情況下進(jìn)行的干燥過程。2.補(bǔ)充熱量小于損失的熱量即二、實(shí)際干燥過程1.補(bǔ)充熱量大于損失的熱量即——在非絕熱3.空氣出口狀態(tài)的確定方法——即確定H2、I2(H2、I2)（1）計(jì)算法（2）圖解法3.空氣出口狀態(tài)的確定方法——即確定H2、I2(H2、I7.5

干燥速率與干燥時間7.5.1 干燥速率7.5.2 恒定干燥條件下干燥時間的計(jì)算7.5干燥速率與干燥時間7.5.1 干燥速率7.5.1干燥速率一、干燥速率定義——單位時間、單位干燥面積汽化水分量。kg水.m-2?s-17.5.1干燥速率一、干燥速率定義——單位時間、單位干二、干燥曲線及干燥速率曲線——用于描述物料含水量X、干燥時間τ及物料表面溫度θ之間的關(guān)系曲線。1.干燥曲線二、干燥曲線及干燥速率曲線——用于描述物料含水1.干2.干燥速率曲線ABC段：恒速干燥階段

AB段：預(yù)熱段

BC段：恒速段CDE段：降速干燥階段C點(diǎn)：臨界點(diǎn)

XC：臨界含水量E點(diǎn)：平衡點(diǎn)

X*：平衡水分2.干燥速率曲線ABC段：恒速干燥階段C點(diǎn)：臨界點(diǎn)三、恒速干燥階段前提條件：濕物料表面全部潤濕。汽化速率（傳質(zhì)速率）：kg水.m-2?s-1傳熱速率：——恒速干燥速率三、恒速干燥階段前提條件：濕物料表面全部潤濕。汽化速率（傳質(zhì)恒速干燥特點(diǎn)：1.U＝UC＝const.2.物料表面溫度為tw3.去除的水分為非結(jié)合水分4.影響U的因素：恒速干燥階段——表面汽化控制階段只與空氣的狀態(tài)有關(guān)，而與物料種類無關(guān)。恒速干燥特點(diǎn)：1.U＝UC＝const.四、降速干燥階段實(shí)際汽化表面減小汽化面內(nèi)移降速干燥階段特點(diǎn)：1.2.物料表面溫度3.除去的水分為非結(jié)合、結(jié)合水分4.影響u的因素：與物料種類、尺寸、形狀有關(guān)，與空氣狀態(tài)關(guān)系不大。四、降速干燥階段實(shí)際汽化表面減小降速干燥階段特點(diǎn)：1.2.五、臨界含水量XC1.吸水性強(qiáng)的物料的XC大于吸水性弱的物料的

XC2.物料層越薄、分散越細(xì)，XC

越低3.恒速干燥uC

越大，XC

越高。五、臨界含水量XC1.吸水性強(qiáng)的物料的XC大于吸水性弱7.5.2恒定干燥條件下干燥時間的計(jì)算由干燥速率定義式：對于恒速干燥：U＝UC＝const.恒速干燥所需時間1.恒速干燥階段：7.5.2恒定干燥條件下干燥時間的計(jì)算由干燥速率定義式：UC的來源：（1）

由干燥速率曲線查得UC的來源：（2）氣體流動方向與物料垂直G＝4000~20000kg.m-2hr-1求取

經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：（1）氣體流動方向與物料平行W.m-2?k-1G＝2500~3000質(zhì)量流速 kg.m-2hr-1（2）氣體流動方向與物料垂直G＝4000~20000k求τ

的方法：（1）圖解積分法（2）近似計(jì)算法總干燥時間：2.降速干燥階段：求τ的方法：總干燥時間：2.降速干燥階段：化工原理教學(xué)課件8989909091917.6

干燥器7.6.1干燥器的基本要求與分類7.6.2常用工業(yè)干燥器7.6干燥器7.6.1干燥器的基本要求與分類7.1.保證產(chǎn)品質(zhì)量2.干燥速率大，干燥時間短3.熱效率高4.干燥介質(zhì)流動阻力小5.勞動強(qiáng)度低7.6.1干燥器的基本要求與分類1.保證產(chǎn)品質(zhì)量7.6.1干燥器的基本要求與分類盤架式干燥器耙式干燥器回轉(zhuǎn)式干燥器氣流干燥器沸騰床干燥器噴霧干燥器7.6.2常用工業(yè)干燥器盤架式干燥器7.6.2常用工業(yè)干燥器干燥器分類：間歇常壓干燥器——盤架式干燥器間歇減壓干燥器——耙式干燥器連續(xù)常壓干燥器——回轉(zhuǎn)式干燥器、氣流干燥器噴霧干燥器連續(xù)減壓干燥器——減壓滾筒干燥器干燥器分類：間歇常壓干燥器——盤架式干燥器化工原理教學(xué)課件化工原理教學(xué)課件化工原理教學(xué)課件化工原理教學(xué)課件化工原理教學(xué)課件化工原理教學(xué)課件第7章固體干燥7.1概述7.2濕空氣的性質(zhì)與濕度圖7.3固體物料的干燥平衡7.4干燥過程的計(jì)算7.5干燥速率與干燥時間器7.6干燥器7.7固體干燥過程的強(qiáng)化與展望第7章固體干燥

在化工生產(chǎn)中，一些固體產(chǎn)品或半成品可能混有大量的濕分，將濕分從物料中去除的過程，稱為去濕。去濕的方法及適用場合：機(jī)械去濕：用于去除固體物料中大部分濕分。吸附去濕：用于去除少量濕分。熱能去濕（干燥）：向物料供熱以汽化其中的濕分的單元操作。7.1概述在化工生產(chǎn)中，一些固體產(chǎn)品或半成品可能混有大干燥過程的分類：常壓干燥真空干燥連續(xù)式間歇式按操作壓力分按操作方式分干燥過程的分類：常壓干燥連續(xù)式按操作壓力分按操作方式分根據(jù)供熱方式不同，干燥可分為以下四種情況：傳導(dǎo)干燥（間接加熱干燥）：

熱能通過壁面以傳導(dǎo)方式加熱物料。對流干燥（直接加熱干燥）：

干燥介質(zhì)與濕物料直接接觸，并以對流方式加熱濕物料。輻射干燥：

熱能以電磁波的形式輻射到濕物料表面。介電加熱干燥：

將濕物料置于高頻電場內(nèi)，使其被加熱。根據(jù)供熱方式不同，干燥可分為以下四種情況：傳導(dǎo)干燥（間接加熱

本章主要討論對流干燥，干燥介質(zhì)是熱空氣，除去的濕分是水分。

對流干燥是傳熱、傳質(zhì)同時進(jìn)行的過程，但傳遞方向不同，是熱、質(zhì)反向傳遞過程：傳熱傳質(zhì)方向推動力氣固固氣溫度差水汽分壓差本章主要討論對流干燥，干燥介質(zhì)是熱空氣，除去干燥過程進(jìn)行的必要條件：*物料表面水汽壓力大于干燥介質(zhì)中水汽分壓；*

干燥介質(zhì)要將汽化的水分及時帶走。干燥過程進(jìn)行的必要條件：7.2

濕空氣的性質(zhì)與濕度圖7.2.1 濕空氣的性質(zhì)7.2.2 空氣的濕度圖及其應(yīng)用7.2濕空氣的性質(zhì)與濕度圖7.2.1 濕空氣的性質(zhì)7.2.1 濕空氣的性質(zhì)通常用兩個參數(shù)來表征空氣中所含水分的大?。?/p>

濕度H及相對濕度一、濕度（濕含量）H定義：濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與絕干空氣質(zhì)量之比。濕空氣是由水蒸汽和絕干空氣構(gòu)成。7.2.1 濕空氣的性質(zhì)通常用兩個參數(shù)來表征空氣中所含水分nw：濕空氣中水汽的摩爾數(shù)，kmol；

ng：濕空氣中絕干空氣的摩爾數(shù)，kmol；Mw：水汽的摩爾質(zhì)量，kg.kmol-1；Mg：空氣的平均摩爾質(zhì)量，kg.kmol-1。H

=kg水汽kg絕干空氣=nwMwng

Mg=18.02nw28.95ng質(zhì)量比nw：濕空氣中水汽的摩爾數(shù)，kmol；H=kg水汽kg當(dāng)濕空氣可視為理想氣體時，則有：式中：pw為空氣中水蒸汽分壓。即：當(dāng)p為一定值時，當(dāng)濕空氣可視為理想氣體時，則有：式中：pw為空氣中水蒸汽分壓

當(dāng)濕空氣中水蒸汽分壓

pw恰好等于同溫度下水蒸汽的飽和蒸汽壓ps時，則表明濕空氣達(dá)到飽和，此時的濕度H為飽和濕度Hs。二、相對濕度定義：在一定溫度及總壓下，濕空氣的水汽分壓pw與同溫度下水的飽和蒸汽壓ps之比的百分?jǐn)?shù)。即：即：當(dāng)濕空氣中水蒸汽分壓pw恰好等于同溫結(jié)論：

濕度H

只能表示出水汽含量的絕對值，而相對濕度卻能反映出濕空氣吸收水汽的能力。當(dāng)

=1時：

pw=ps，濕空氣達(dá)飽和，不可作為干燥介質(zhì)；當(dāng)

<1時：

pw<ps，濕空氣未達(dá)飽和，可作為干燥介質(zhì)。越小，濕空氣偏離飽和程度越遠(yuǎn)，干燥能力越大。結(jié)論：當(dāng)=1時：越小，濕空氣偏離飽和程度越【例7-1】

濕空氣中水的蒸汽分壓pw=2.33kPa，總壓p=101.3kPa，溫度為20℃、50℃和120℃，求H和值。相對濕度

與濕度

H

的關(guān)系：【例7-1】相對濕度與濕度H的關(guān)系：化工原理教學(xué)課件從絕對濕度H的定義(單位質(zhì)量干空氣所含氣態(tài)水的質(zhì)量)看，當(dāng)PW→P時，H→∞。因此H的定義域?yàn)镻W<P?？諝庵械乃羝謮篜W不可能大于總壓。從絕對濕度H的定義(單位質(zhì)量干空氣所含氣態(tài)水的質(zhì)量)看，當(dāng)P三、濕空氣的比熱與焓

1.濕比熱（濕熱）cH[kJ/(kg干氣?℃)]定義：在常壓下，將1kg干空氣和其所帶有的Hkg水汽升高溫度1℃所需的熱量。：干空氣比熱=1.01

kJ/(kg干氣?℃)：水汽比熱=1.88

kJ/(kg水汽?℃)式中三、濕空氣的比熱與焓：干空氣比熱=1.01kJ/(kg2.焓（熱含量）I

[kJ/kg干氣]

定義：濕空氣的焓為干空氣的焓與水汽的焓之和。計(jì)算基準(zhǔn)：以0℃干空氣及0℃液態(tài)水的焓值為0作計(jì)算基準(zhǔn)。

因此，對于溫度為t、濕度為H的濕空氣，其焓值包括由0℃的水變?yōu)?℃水汽所需的潛熱及濕空氣由0℃升溫至t℃所需的顯熱之和。2.焓（熱含量）I [kJ/kg干氣]因此，對于溫度為即：式中：I：溫度為t、濕度為H的濕空氣的焓值，[kJ/kg干氣]；Ig：干空氣的焓值，[kJ/kg干氣]；Iv：汽態(tài)水的焓值，[kJ/kg水汽]；r0：0℃時水的汽化潛熱，r0=2492kJ/kg水汽。即：式中：

由上式可知，濕空氣的焓值只與濕空氣的濕度及溫度有關(guān)。即：I=f(H,t)四、濕空氣的比容（濕容積）υH [m3濕空氣/kg干氣]定義：每單位質(zhì)量絕干空氣中所具有的濕空氣（絕干空氣和水蒸汽）的總體積。由上式可知，濕空氣的焓值只與濕空氣的濕度及溫式中：:壓力p

、溫度t下濕空氣比容,[m3濕氣/kg干氣]；：壓力p

、溫度t下干空氣比容，

[m3干氣/kg干氣]；：壓力p、溫度t下水汽比容，[m3水/kg水]。、的數(shù)值為：式中：:壓力p、溫度t下濕空氣比容,[m3濕氣/kg干氣所以：所以：綜合以上分析可得： 當(dāng)總壓力p為一定值時，濕空氣密度：綜合以上分析可得： 當(dāng)總壓力p為一定值時，濕空氣密度：定義：一定壓力下，將不飽和空氣等濕降溫至飽和，出現(xiàn)第一滴露珠時的溫度。飽和濕度HS

與露點(diǎn)td的關(guān)系：五、露點(diǎn)tdpd：td下的飽和蒸汽壓。定義：一定壓力下，將不飽和空氣等濕降溫至飽和濕度HS與露干球溫度t是用普通溫度計(jì)測得的濕空氣的真實(shí)溫度。濕球溫度計(jì)在空氣中所達(dá)到的平衡或穩(wěn)定的溫度。濕球溫度計(jì)：溫度計(jì)的感溫球用紗布包裹，紗布用水保持濕潤，這支溫度計(jì)為濕球溫度計(jì)。不飽和空氣的濕球溫度tw低于干球溫度t。六、干球溫度t七、濕球溫度tw干球溫度t是用普通溫度計(jì)測得的濕空氣的真實(shí)溫度。濕球溫度計(jì)在化工原理教學(xué)課件濕球溫度計(jì)工作原理分析濕球溫度計(jì)工作原理分析化工原理教學(xué)課件濕球溫度tw計(jì)算公式:式中：：空氣至濕紗布的對流傳熱系數(shù)，W?m-2℃-1；：以濕度差為推動力的傳質(zhì)系數(shù)，kg?m-2s-1；：水在濕球溫度tw時的汽化潛熱，kJ?kg-1水；：濕空氣在溫度為tw下的飽和濕度，kg水/kg干氣；：空氣在溫度為t下實(shí)際的濕度，kg水/kg干氣。濕球溫度tw計(jì)算公式:式中：：空氣至濕紗布的對流傳熱系數(shù)*物系性質(zhì)：與α

、kH有關(guān)的物性；*

空氣狀態(tài)：t、H；*

流動條件：α/kH

。

實(shí)驗(yàn)表明，α與kH都與Re的0.8次冪成正比，故α

與kH之比值與流速無關(guān)，只與物性有關(guān)。當(dāng)物系已確定，則物系性質(zhì)就不再改變，此時，濕球溫度只與氣相狀態(tài)有關(guān)，即：影響濕球溫度tw的三方面因素：*物系性質(zhì)：與α、kH有關(guān)的物性；實(shí)

對于空氣～水系統(tǒng)：當(dāng)空氣流速u

5m.s-1時，傳熱以對流方式為主，有：

因此，濕球溫度是濕空氣的溫度和濕度的函數(shù)，即當(dāng)t、H一定時，tw也為定值?？蓪憺椋涸趯?shí)際生產(chǎn)中，常常利用干、濕球溫度計(jì)來測量空氣的濕度。1.09kJ/(kg℃)對于空氣～水系統(tǒng)：因此，濕球溫度是濕空氣八、絕熱飽和溫度tas

定義：空氣絕熱增濕至飽和時的溫度。絕熱飽和器工作原理分析：八、絕熱飽和溫度tas

經(jīng)過以上分析可知，在空氣絕熱增濕過程中，空氣失去的顯熱與汽化水分帶來的潛熱相等，空氣的溫度和濕度雖隨過程的進(jìn)行而變化，但其焓值不變。ras：tas溫度下水的汽化潛熱，kJ/kg水；Has：空氣的絕熱飽和濕度，kg水/kg干氣；cH：濕空氣的比熱，kJ.kg-1干氣℃-1

經(jīng)過以上分析可知，在空氣絕熱增濕過程中，空濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的關(guān)系：tw：大量空氣與少量水接觸，空氣的t、H不變；tas：大量水與一定量空氣接觸，空氣降溫、增濕。tw：傳熱與傳質(zhì)速率均衡的結(jié)果，屬于動平衡；tas：由熱量衡算與物料衡算導(dǎo)出，屬于靜平衡。tw與tas數(shù)值上的差異取決于α/kH

與cH兩者之間的差別。

濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的關(guān)系：tw：當(dāng)空氣為不飽和狀態(tài)：ttw(tas)td；當(dāng)空氣為飽和狀態(tài)：t

=tw(tas)=td?？諝狻w系，，空氣～甲苯體系，，twtas當(dāng)空氣為不飽和狀態(tài)：ttw(tas)td；7.2.2 空氣的濕度圖及其應(yīng)用一、濕度圖五條線：1.等H線；2.等I線；3.等t線；4.等

線；5.水蒸氣分壓線。7.2.2 空氣的濕度圖及其應(yīng)用一、濕度圖五條線：化工原理教學(xué)課件二、濕度圖的應(yīng)用1.利用濕度圖查取濕空氣的物性二、濕度圖的應(yīng)用1.利用濕度圖查取濕空氣的物性2.濕空氣狀態(tài)點(diǎn)的確定2.濕空氣狀態(tài)點(diǎn)的確定【例7-2】

在總壓101.3kPa時，已知70°C,相對濕度20%，求濕度H、焓值I、絕熱飽和溫度tas亦濕球溫度tW

、空氣中水分壓p、露點(diǎn)溫度td。查圖可得焓值I=180，絕對濕度H=0.04絕熱飽和溫度tas=40°C，空氣中水分壓p=6kPa露點(diǎn)溫度td=35°C注意，總壓為一大氣壓，偏離不大時可直接用濕空氣焓-濕圖的使用【例7-2】在總壓101.3kPa時，已知70°C,相化工原理教學(xué)課件化工原理教學(xué)課件【例7-3】在總壓為101.3kPa下，空氣的溫度為20℃，濕度為0.01kg水/kg干氣。試求：1.、td、

tw；2.總壓P與濕度H不變，將空氣溫度提高至50℃時的；3.溫度t與濕度H不變，將空氣總壓提高至120kPa時的；4.若總壓提高至300kPa，溫度仍為20℃，每100m3原來的濕空氣所冷凝出來的水分量？理解為將100m3101.3kPa濕空氣壓縮到300kPa【例7-3】在總壓為101.3kPa下，空氣的溫度為20℃，化工原理教學(xué)課件濕球溫度下的濕球溫度下的化工原理教學(xué)課件化工原理教學(xué)課件結(jié)論：

因此，提高濕空氣溫度t，不僅提高了濕空氣的焓值，使其作為載熱體外，也降低了相對濕度使其作為載濕體。結(jié)論：因此，提高濕空氣溫度t，不僅提高了濕7.3干燥過程的物料衡算7.3.1 物料中水分含量的表示方法7.3.2水分在氣-固兩相間的平衡7.3干燥過程的物料衡算7.3.1 物料中水分含量7.3.1 物料中水分含量的表示方法兩種表示方法：一、濕基含水量w[kg水/kg濕物料]7.3.1 物料中水分含量的表示方法兩種表示方法：一、濕二、干基含水量X[kg水/kg干物料]三、兩者關(guān)系二、干基含水量X[kg水/kg干物料]三、兩者關(guān)系一、物料與水分結(jié)合方式附著水分：濕物料的粗糙外表面附著的水分。毛細(xì)管水分：多孔性物料的孔隙中所含的水分。溶脹水分：是物料組成的一部分，可透入物料細(xì)胞壁內(nèi)，使物料的體積為之增大。二、平衡水分與自由水分1.平衡水分（X*）——不能用干燥方法除去的水分。7.3.2水分在氣-固兩相間的平衡一、物料與水分結(jié)合方式附著水分：濕物料的粗糙外表面附著的水分2.自由水分（X－X*）——可用干燥方法除去的水分。X*=f（物料種類、空氣性質(zhì)）三、結(jié)合水分與非結(jié)合水分結(jié)合水分

——水與物料有結(jié)合力，pw<ps。吸水性弱的小2.自由水分（X－X*）——可用干燥方法除去的水分。X*2.非結(jié)合水分

——水與物料無結(jié)合力，pw＝ps。

結(jié)合水分與非結(jié)合水分只與物料的性質(zhì)有關(guān)，而與空氣的狀態(tài)無關(guān)，這是與平衡水分的主要區(qū)別。平衡水分一定是結(jié)合水分。2.非結(jié)合水分結(jié)合水分與非結(jié)合水分只與物料化工原理教學(xué)課件【例7-4】在常壓25℃下，水分在ZnO與空氣間的平衡關(guān)系為：相對濕度＝100%，平衡含水量X*＝0.02kg水/kg干料相對濕度＝40%，平衡含水量X*＝0.007kg水/kg干料現(xiàn)ZnO的含水量為0.25kg水/kg干料，令其與25℃，＝40%的空氣接觸，求物料的自由水分、平衡水分、結(jié)合水分和非結(jié)合水分?！纠?-4】在常壓25℃下，水分在ZnO與空氣間的平衡關(guān)系為化工原理教學(xué)課件7.4.1干燥過程的物料衡算干燥流程圖預(yù)熱器L,t0,H0L,t1,H1干燥器L,t2,H2

濕物料G1,w1,(X1),θ1

產(chǎn)品G2,w2,(X2),θ2新鮮空氣廢氣7.4干燥過程的計(jì)算7.4.1干燥過程的物料衡算干燥流程圖預(yù)熱器LL——絕干空氣質(zhì)量流量，[kg干氣/hr]；G1、G2——物料進(jìn)出干燥器總量，[kg物料/hr]。一、絕干物料量Gc[kg干物料/hr]二、汽化水分量W[kg水/hr]水分汽化量＝濕物料中水分減少量＝濕空氣中水分增加量L——絕干空氣質(zhì)量流量，[kg干氣/hr]；一、絕干物料三、絕干空氣用量L[kg干氣/hr][kg干氣/kg水]

比空氣用量：每汽化1kg的水所需干空氣的量。（單位空氣消耗量）三、絕干空氣用量L[kg干氣/hr][kg干氣/kg水四、濕空氣參數(shù)1.濕空氣用量[kg濕氣/kg水][kg濕氣/hr]2.濕空氣體積[kg濕氣/kg水][kg濕氣/hr]3.濕空氣密度[kg濕氣/m3濕氣]四、濕空氣參數(shù)1.濕空氣用量[kg濕氣/kg水][kg濕氣7.4.2干燥過程的熱量衡算QLI1,L,t1,H1

產(chǎn)品G2,w2,(X2),θ2

濕物料G1,w1,(X1),θ1I2,L,t2,H2廢氣I0,L,t0,H0新鮮空氣QP預(yù)熱器QD干燥器7.4.2干燥過程的熱量衡算QLI1,L,t1,QP：預(yù)熱器內(nèi)加入熱量，[kJ/hr]；QD：干燥器內(nèi)加入熱量，[kJ/hr]。外加總熱量Q＝QP＋QD汽化1kg水所需熱量：[kJ/kg水]QP：預(yù)熱器內(nèi)加入熱量，[kJ/hr]；外加總熱量Q＝QP一、預(yù)熱器的加熱量計(jì)算qP若忽略熱損失，則[kJ/kg水]二、干燥器的熱量衡算輸入量（1）濕物料帶入熱量（焓值）[kJ/kg濕料]一、預(yù)熱器的加熱量計(jì)算qP若忽略熱損失，則[kJ/kg水]cM：干燥后物料比熱，[kJ/kg濕料?℃]；cw：水的比熱，[kJ/kg水?℃]。（2）空氣帶入的焓值[kJ/kg水]（3）干燥器補(bǔ)充加入的熱量[kJ/kg水]cM：干燥后物料比熱，[kJ/kg濕料?℃]；（2）空氣帶入2.輸出量（1）干物料帶出焓值：（2）廢氣帶出焓值：（3）熱損失：Σ輸入＝Σ輸出物料升溫所需熱量2.輸出量（1）干物料帶出焓值：（2）廢氣帶出焓值：（3）所需外加總熱量q：所需外加總熱量q：化工原理教學(xué)課件7.4.3干燥系統(tǒng)的熱效率一、熱效率定義：二、影響熱效率的因素1.7.4.3干燥系統(tǒng)的熱效率一、熱效率定義：二、影響熱效率

因此，t2不能過低，一般規(guī)定t2比進(jìn)入干燥器時空氣的濕球溫度tw高20~50℃。2.3.回收廢氣中熱量；4.加強(qiáng)管道保溫，減少熱損失。因此，t2不能過低，一般規(guī)定t2比進(jìn)入7.4.4干燥器空氣出口狀態(tài)的確定一、等焓干燥過程（絕熱干燥過程或理想干燥過程）——空氣在進(jìn)、出干燥器的焓值不變。過程分析：7.4.4干燥器空氣出口狀態(tài)的確定一、等焓干燥過程（絕令：則有：：外界補(bǔ)充的熱量及濕物料中被汽化水分帶入的熱量；：熱損失及濕物料進(jìn)出干燥器熱量之差。令：則有：：外界補(bǔ)充的熱量及濕物料中被汽化水分：熱損失及濕物等焓過程：等焓過程又可分為兩種情況，其一無熱損失濕物料不升溫干燥器不補(bǔ)充熱量濕物料中汽化水分帶入的熱量很少等焓過程：等焓過程又可分為兩種情況，其一無熱損失濕物料不升溫

空氣放出的顯熱完全用于蒸發(fā)水分所需的潛熱，而水蒸汽又把這部分潛熱帶回到空氣中，所以空氣焓值不變。以上兩種干燥過程均為等焓干燥過程。若