(下)第5章干燥課件

本章主要內(nèi)容1.掌握濕度和相對(duì)濕度的定義；2.掌握干球溫度、濕球溫度、露點(diǎn)溫度和絕熱飽和溫度；3.重點(diǎn)掌握焓濕圖，利用它來(lái)判斷濕空氣的狀態(tài)；4.了解物料的平衡水分和自由水分以及結(jié)合水和非結(jié)合水；5.掌握干燥過(guò)程的質(zhì)量衡算和能量衡算；6.了解干燥過(guò)程的效率，提高該效率的手段；7.重點(diǎn)掌握干燥曲線、干燥動(dòng)力學(xué)曲線；8.了解干燥時(shí)間的計(jì)算。干燥：用加熱的方法使水分或其它溶劑汽化，并將產(chǎn)生的蒸氣排除，藉此來(lái)降低固體物料中濕含量的單元操作。干燥的兩個(gè)步驟：能量從周圍環(huán)境傳遞至物料；物料中的水分被蒸發(fā)。

I、物料表面水分的蒸發(fā)；

II、物料內(nèi)部水分的蒸發(fā)。概述被干燥物料表面所產(chǎn)生蒸汽的壓力大于干燥介質(zhì)中蒸汽的分壓;壓差越大，干燥過(guò)程進(jìn)行越快;干燥介質(zhì)較高的溫度和較大的流速有利于干燥過(guò)程保持一定的傳質(zhì)推動(dòng)力。干燥進(jìn)行的條件5.1濕空氣的性質(zhì)和濕焓圖5.1.1濕空氣的性質(zhì)1、濕度H2、相對(duì)濕度

相對(duì)濕度的意義：說(shuō)明濕空氣偏離飽和空氣的程度，用于判定該濕空氣能否作為干燥介質(zhì)，值越小，則濕空氣的吸濕能力越大。當(dāng)pv=0時(shí)，=0，表示濕空氣不含水分，即為絕干空氣。當(dāng)pv=ps時(shí)，=1，表示濕空氣為飽和空氣。相對(duì)濕度與絕對(duì)濕度的關(guān)系：4、比熱容cH

在0~200oC的溫度范圍內(nèi)5、焓I

3、比體積vH

假設(shè)空氣體積無(wú)窮大，在水的蒸發(fā)過(guò)程中，空氣的溫度和濕度都保持不變。穩(wěn)定傳質(zhì)傳熱時(shí)：傳熱速率：傳質(zhì)速率：能量衡算：C、濕球溫度tw

D、絕熱飽和冷卻溫度tas

在不飽和空氣絕熱增濕過(guò)程中，空氣失去的是顯熱，而得到的是汽化水帶來(lái)的潛熱;

空氣的溫度和濕度雖隨過(guò)程的進(jìn)行而變化，但其總焓值是不變的，空氣傳給水分的顯熱恰好等于水分汽化所需的潛熱。等濕度線(等H線)

等焓線(等I線)

等溫線(等t線)

等相對(duì)濕度線（等線）

水蒸汽分壓線5.1.2濕空氣的濕－焓圖與應(yīng)用焓濕圖的應(yīng)用（1）ttwtd

=1

HI已知空氣的濕度和相對(duì)濕度，確定干球溫度t、露點(diǎn)td、濕球溫度tw（或絕熱飽和溫度tas）

H已知濕空氣的干球溫度t和濕球溫度tw確定濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)：焓濕圖的應(yīng)用（2）ttw

=100％HI

I

H根據(jù)已知濕空氣的干球溫度t和露點(diǎn)td確定濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)：焓濕圖的應(yīng)用（3）ttd

=100％HI

I

H已知濕空氣的干球溫度t和相對(duì)濕度;已知濕空氣的絕熱飽和溫度tas和相對(duì)濕度;已知濕空氣的干球溫度t和濕度H;已知濕空氣的水蒸汽分壓pv和相對(duì)濕度。2、濕基含水量1、干基含水量5.2.1濕物料的性質(zhì)5.2干燥過(guò)程的物料衡算和熱量衡算

3、濕物料的比熱容4、濕物料的焓在一連續(xù)干燥器中鹽類結(jié)晶，每小時(shí)處理濕物料為1000kg，經(jīng)干燥后物料的含水量由40%減少至5%（均為濕基），以熱空氣為干燥介質(zhì)，初始濕度H1為0.009kg水/kg絕干氣，離開(kāi)干燥器時(shí)濕度H2為0.039kg水/kg絕干氣，假定干燥過(guò)程中無(wú)物料損失，試求：（1）水分蒸發(fā)量W（kg水/h）；368.4（2）空氣消耗量L（kg絕干氣/h），原濕空氣消耗量L′（kg原空氣/h）;12280，12390.5（3）干燥產(chǎn)品量。631.65.2.3熱量衡算1）預(yù)熱器消耗的熱量1、熱量衡算的基本方程式干燥系統(tǒng)需要加熱量的近似計(jì)算假設(shè)：(1)Iv,0=Iv,2(2)濕物料進(jìn)出干燥器時(shí)的比定壓熱容取平均值Cp,m。則：2、干燥系統(tǒng)的熱效率提高熱效率的措施注意干燥設(shè)備和管路的保溫隔熱，減少干燥系統(tǒng)的熱損失；降低干燥器的熱負(fù)荷；提高熱空氣進(jìn)口溫度（注意熱敏性物料）降低出口廢氣溫度；廢氣回收或循環(huán)，利用其預(yù)熱冷空氣或冷物料。1、等焓（絕熱）干燥過(guò)程條件：（1）qD=0;（2）qL=0；（3）qm,c(I2’-I1’)=0干燥器出口空氣狀態(tài)的確定5.2.4空氣通過(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化

B

C

At1t2HIt0012ABH0H2t0t2IHMtmt1(1)質(zhì)量、熱量衡算方法；(2)杠桿規(guī)則。確定干燥器入口空氣狀態(tài)點(diǎn)方法：MN例采用常壓氣流干燥器干燥某種濕物料。在干燥器內(nèi)，濕空氣以一定的速度吹送物料的同時(shí)并對(duì)物料進(jìn)行干燥。已知的操作條件均標(biāo)于本例附圖中。試求：（1）新鮮空氣消耗量；（2）單位時(shí)間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量，忽略預(yù)熱器的熱損失；（3）干燥器的熱效率。

解:(1)絕干物料：(3)預(yù)熱器熱量衡算：(2)蒸發(fā)水量：qm,w=qm,c（X1-X2）=248(0.15-0.01)=34.7(kg/h)(4)干燥系統(tǒng)熱量衡算：5.3.1物料中的水分1、平衡水分和自由水分平衡水分隨物料的種類及空氣的狀態(tài)（t，）不同而異。平衡水分是物料在一定空氣狀況下通過(guò)干燥除去水分的限度值。物料中除平衡水分以外的所有水分稱為自由水分，該水分能通過(guò)干燥除去。

5.3固體物料在干燥過(guò)程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系2、結(jié)合水分與非結(jié)合水分

根據(jù)物料與水分結(jié)合力的狀況，可將物料中所含水分分為結(jié)合水分(boundwater)與非結(jié)合水分(unboundwater)。結(jié)合水分籍化學(xué)力或物理化學(xué)力與物料相結(jié)合的，由于結(jié)合力強(qiáng)，其蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，致使干燥過(guò)程的傳質(zhì)推動(dòng)力降低，故除去結(jié)合水分較困難。干燥只能除去部分結(jié)合水分。非結(jié)合水分物料中非結(jié)合水分與物料的結(jié)合力弱，其蒸汽壓與同溫度下純水的飽和蒸汽壓相同，干燥過(guò)程中除去非結(jié)合水分較容易。注意：物料的結(jié)合水分和非結(jié)合水分的劃分只取決于物料本身的性質(zhì)，而與干燥介質(zhì)的狀態(tài)無(wú)關(guān)；而平衡水分與自由水分則還取決于干燥介質(zhì)的狀態(tài)。干燥介質(zhì)狀態(tài)改變時(shí)，平衡水分和自由水分的數(shù)值將隨之改變?？諝庀鄬?duì)濕度φ總水分自由水分平衡水分非結(jié)合水分結(jié)合水分x*x0x1100%物料的含水量0物料的總水分、平衡水分、自由水分、結(jié)合水分、非結(jié)合水分之間的關(guān)系見(jiàn)圖示。1恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算ABCDEX表面溫度干燥時(shí)間τABCDE5.3.2干燥時(shí)間的計(jì)算干燥曲線：物料含水量與干燥時(shí)間、物料表面溫度的關(guān)系曲線。1）干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線干燥速率曲線：物料干燥速率與物料含水量的關(guān)系曲線。ABCDEXUX*X02）干燥速率曲線干燥速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位干燥面積上汽化的水分質(zhì)量。整個(gè)物料表面都有充分的非結(jié)合水分，物料表面的蒸汽壓與同溫度下水的蒸汽壓相同；

物料內(nèi)部水分?jǐn)U散速率大于表面水分汽化速率，過(guò)程屬于表面汽化控制階段?？諝鈧鹘o物料的熱量等于水分汽化所需的熱量，物料表面的溫度始終保持為空氣的濕球溫度；（1）外部條件控制過(guò)程（恒速干燥階段）該階段干燥速率的大小，主要取決于空氣的性質(zhì)，而與濕物料性質(zhì)關(guān)系很?。灰獜?qiáng)化該階段的干燥速率，主要通過(guò)提高空氣的溫度，降低相對(duì)濕度，改善空氣與物料的接觸和流動(dòng)情況等手段。水分由物料內(nèi)部向物料表面遷移的速率低于濕物料表面水分氣化的速率，在物料表面出現(xiàn)干燥區(qū)域，表溫逐漸升高，隨著干燥的進(jìn)行，干燥區(qū)域逐漸增大，干燥速率下降。在降速階段，干燥速率主要取決于水分在物料內(nèi)部的遷移速率，影響干燥

速率的主要因素是物料的結(jié)構(gòu)、形狀和大小等。要強(qiáng)化該階段的干燥速率，必須從改善內(nèi)部擴(kuò)散著手。（2）內(nèi)部條件控制過(guò)程（降速干燥階段）3）臨界含水量4）恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算

降速干燥階段恒速干燥階段2變動(dòng)干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算

5.4干燥器

5.4.1干燥器的主要類型1.廂式干燥器(盤式干燥器)優(yōu)點(diǎn):構(gòu)造簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少，適應(yīng)性較強(qiáng)。缺點(diǎn)：裝卸物料的勞動(dòng)強(qiáng)度大，設(shè)備利用率、熱利用率低及產(chǎn)品質(zhì)量不易穩(wěn)定。

適用于小規(guī)模多品種、要求干燥條件變動(dòng)大及干燥時(shí)間長(zhǎng)等場(chǎng)合的干燥操作，特別適合作為實(shí)驗(yàn)室或中間試驗(yàn)的干燥裝置。隧道式干燥器(洞式干燥器)優(yōu)點(diǎn):設(shè)備的制造和操作簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少，能量消耗也不大。缺點(diǎn)：物料干燥的時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)能力較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，設(shè)備利用率、熱利用率低。

適用于需要較長(zhǎng)干燥時(shí)間的大件物料和各種散粒狀物料的干燥和煅燒。2.帶式干燥器優(yōu)點(diǎn)：物料在其中翻動(dòng)較少，可保持物料的形狀，可連續(xù)干燥多種物料。缺點(diǎn)：生產(chǎn)能力及熱效率都低。適用于干燥顆粒狀、塊狀和纖維狀的物料。3、氣流干燥器優(yōu)點(diǎn)：對(duì)流傳熱系數(shù)和傳熱溫度差大，干燥器的體積小，干燥速率快，物料停留時(shí)間短，可在高溫下干燥；熱利用率高；設(shè)備緊湊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；可以完全自動(dòng)控制。缺點(diǎn)：氣流在系統(tǒng)中壓降較大；干燥管長(zhǎng)；在干燥過(guò)程中存在摩擦，易將產(chǎn)品磨碎；分離器的負(fù)荷大。適用于在潮濕狀態(tài)下仍能在氣體中自由流動(dòng)的顆粒物料，可利用高速的熱氣流使粉、粒狀的物料懸浮于其中，在氣力輸送過(guò)程中進(jìn)行干燥。4.流化床干燥器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，活動(dòng)部件少，操作維修方便。缺點(diǎn)：操作控制要求高。而且由于顆粒在床中高度混合，可能引起物料的反混和短路，從而造成物料干燥不充分。適用于適用于處理粉粒狀物料，而且粒徑最好在30-60μm范圍。5.轉(zhuǎn)筒干燥器優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械化程度高，生產(chǎn)能力大，流動(dòng)阻力小，容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均勻，對(duì)物料適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：設(shè)備笨重，金屬材料耗量多，熱效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，傳動(dòng)部件需經(jīng)常維修。6.噴霧干燥優(yōu)點(diǎn)：物料干燥時(shí)間短，改變操作條件即可控制或調(diào)節(jié)產(chǎn)品指標(biāo)，流程較短。缺點(diǎn)：經(jīng)常發(fā)生粘壁現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)氣體的分離要求高，體積傳熱系數(shù)較小，對(duì)于不能用高溫載熱體干燥的物料所需要的設(shè)備龐大。適用于溶液、懸浮液、膠體溶液等流動(dòng)性物料或熱敏性和有生物活性物質(zhì)的干燥。7.滾筒干燥器優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)力消耗低，投資少，維修費(fèi)用省，干燥時(shí)間和干燥溫度容易調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)：生產(chǎn)能力、勞動(dòng)強(qiáng)度和條件等方面不如噴霧干燥器。適用于溶液、懸浮液、膠體溶液等流動(dòng)性物料的干燥。8、干燥器的選型和發(fā)展方向1）干燥器的選型被干燥物料的性質(zhì)對(duì)干燥產(chǎn)品的要求物料的干燥速度曲線與臨界含水量回收問(wèn)題干燥熱源干燥器的占地面積、排放物及噪聲

2）干燥器的發(fā)展方向干燥器的大型化提高效率、節(jié)約能源5.4.2干燥器的設(shè)計(jì)從濕空氣的角度，濕物料中

水份能通過(guò)干燥除去，從物料的角度，

水份能通過(guò)干燥完全除去。2.已知某物料含水量X1＝0.4kg水/kg絕干料，從該物料干燥速率曲線可知：臨界含水量X0＝0.25kg水/kg絕干料，平衡含水量X*＝0.05kg水/kg絕干料，則物料的非結(jié)合水分為

，結(jié)合水分為

，自由水分為

，可除去的結(jié)合水分為

。[單位為：kg水/kg絕干料]3.濕空氣的干球溫度、濕球溫度、露點(diǎn)在

情況下相等。4.干燥操作中既有傳熱過(guò)程，也有傳質(zhì)過(guò)程，其中傳熱推動(dòng)力是

，傳質(zhì)推動(dòng)力是

。自由非結(jié)合0.150.250.350.20飽和空氣濕空氣與物料表面的溫度差；物料表面的水汽分壓與濕空氣的水汽分壓差。1、同一物料，如恒速段的干燥速率增加，則臨界含水量

。

(A)減小；(B)不變；(C)增大；(D)不一定。2、下列哪些因素對(duì)恒速干燥速率有較大的影響。（）

(A)、濕空氣的溫度；(B)、濕空氣的濕度；

(C)、濕空氣與物料的接觸方式；(D)、濕物料