干燥過程與設(shè)備知識概述

第 六 章 干 燥 過 程一、枯燥的定義和過程

第一節(jié)概述枯燥：從固體物料中用蒸發(fā)的方法除去局部物理水分的過程。枯燥過程，內(nèi)集中：物料內(nèi)部的水分在濃度差的作用下向外表集中；外集中：物料外表水分的蒸氣壓大于空氣中水蒸氣的分壓，物料外表的水分向空氣中集中。物料的枯燥過程是包含連續(xù)的內(nèi)集中、外集中同時伴隨熱量傳遞的過程。二、枯燥的方法自然枯燥力和燃料，操作簡潔，但因其枯燥速度慢，產(chǎn)量低，勞動強度高，受氣候條件的影響也大。人工枯燥將濕物料放在專用設(shè)備〔枯燥器〕中進展加熱，使物料枯燥。人工枯燥的特點：枯燥速度快，產(chǎn)量高，勞動強度低，不受氣候條件的影響，但要消耗動力，需專人看管。人工枯燥的加熱方式：① 外熱源，包括，對流加熱：利用熱空氣或熱煙氣的對流傳熱；輻射加熱：利用紅外燈、灼熱金屬或高溫陶瓷外表的輻射傳熱。② 流通過物料而產(chǎn)生焦耳熱。外熱源法的特點：物料外表溫度高于內(nèi)部，因此在物料內(nèi)部，熱量傳遞的方向與水分內(nèi)集中的方向相反。內(nèi)熱源法的特點：物料的內(nèi)部溫度高于外表，因此在物料內(nèi)部，熱量傳遞的方向與水分內(nèi)集中的方向是全都的，這就能夠增加水分的內(nèi)集中速率。三、枯燥技術(shù)在硅酸鹽工業(yè)中的應(yīng)用1、枯燥的作用枯燥過程被廣泛地應(yīng)用于硅酸鹽工業(yè)中它的主要作用有：保證粉磨作業(yè)的正常進展便于物料的貯存和運輸保證產(chǎn)品燒制的質(zhì)量2、枯燥制度和枯燥設(shè)備枯燥制度：①砂子和石灰石：要求較高的溫度及較高的枯燥速度?！?0℃，否則高嶺土分解而失去塑性③煤：枯燥溫度＜150℃，否則會引起炭氫化合物揮發(fā)。④陶瓷、耐火材料的制品：枯燥溫度和枯燥速度應(yīng)嚴格掌握，否則產(chǎn)品將變形或開裂。枯燥設(shè)備①顆粒狀物料：回轉(zhuǎn)烘干機②制品：室式枯燥器③大型的耐火材料半成品：自然枯燥或通電枯燥④陶瓷泥漿：噴霧枯燥設(shè)備枯燥作業(yè)還可以和裂開，粉磨及選粉過程同時進展，這樣可以簡化流程、減小熱量消耗。這種流程一般只適合水分較低的物料。其次節(jié)濕空氣的性質(zhì)一、教學(xué)要求【把握內(nèi)容】枯燥的概念濕空氣的濕度濕空氣的密度濕空氣的干、濕球溫度及露點濕空氣的熱含量【理解內(nèi)容】干空氣與水蒸氣的分壓【了解內(nèi)容】枯燥的方法枯燥在硅酸鹽工業(yè)中的應(yīng)用濕空氣的絕熱飽和溫度二、教學(xué)重點與難點【教學(xué)重點】濕空氣的濕度和密度濕空氣的干、濕球溫度及露點濕空氣的熱含量【教學(xué)難點】濕空氣的濕球溫度三、教學(xué)方法結(jié)合生產(chǎn)實際引入課程，表達枯燥的定義和作用，講解濕空氣的性質(zhì)和根本概念，分析影響因素。四、教學(xué)內(nèi)容一、干空氣與水蒸氣的分壓氣中水蒸氣含量高時，濕空氣的密度小，大氣壓強低。p為大氣壓強，p、p分別代表干空氣和水蒸氣的分壓，據(jù)道爾頓分壓定律：a wp=p+p〔Pa〕，把上述氣體視為抱負氣體，依據(jù)抱負氣體狀態(tài)方程：a wmR mRp aa VMa

T

RTpa a

w T RTVM w ww、 ；在溫度T和相應(yīng)分壓下的干空氣及水蒸氣的密度，干空氣及水蒸氣的氣體常數(shù)：R R 8314.3462 (J/Kg·K)w M 18wR R 8314.3287.7(J/Kg·K)a M 29a二、空氣的濕度確定濕度確定濕度：單位體積濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，用符號ρ 表示，單位為kg/m，濕空氣確實定濕度數(shù)值ah上等于同溫度時在水蒸氣分壓下的水蒸氣密度ρ。

p p

w1 p w，溫度上升時，濕空氣確實定濕度增大。ah

RT 462Tw1 p〔水蒸氣含量達最大值：sw

sw，飽和空氣可以看成是由絕干空氣與同溫度下的飽和水462 T蒸汽的混合物，因此濕空氣的飽和蒸氣壓就是同溫度下的水的飽和蒸氣壓。相對濕度濕空氣確實定濕度(ρ)與同溫度下飽和空氣確實定濕度(ρ )之比，稱為濕空氣的相對濕度，用φ表示。w sw相對濕度φφ=0；對飽和空氣，φ=100％；相對濕度越大的空氣其吸濕力量越小，在飽和空氣中，濕物料已經(jīng)不能被枯燥。濕含量在濕空氣中，每千克干空氣所含水蒸氣的質(zhì)量，稱為空氣的濕含量，用x〔或H〕表示。令ρs

為濕空氣的密度，按質(zhì)量平衡有： ，式中ρ和ρ為同溫度下對應(yīng)的絕干空氣和水蒸氣的密度。s a w s w有關(guān)。三、濕空氣的密度和比容1．密度據(jù)質(zhì)量守恒定律可知,濕空氣的密度應(yīng)等于同溫度同體積及相應(yīng)分壓Pa和Pw時干空氣與水蒸氣的密度之和。即：1p

p 1p pR

R

a

w w w a

2．比容s a

TR

R TR RR

R

4620.622xTa w

a w

axTw Rw單位質(zhì)量的濕空氣的體積稱為比容，明顯它是密度的倒數(shù)。四、濕空氣的熱含量濕空氣的熱含量是指單位質(zhì)量絕干空氣在常壓下，以0℃為基準的熱焓，用I表示。1kg干空氣為基準，則濕空氣的熱含量為：五、濕空氣的溫度參數(shù)干球溫度t表示，單位為℃。用一般的溫度計測得。濕球溫度wb定義：大量的不飽和空氣渡過肯定量的水時，水汽化時要從空氣及水本身吸熱，液面溫度降低，當液面上水的蒸發(fā)所消耗的熱量恰好等于空氣傳給液面的熱量時液面的溫度就維持不變進展等溫蒸發(fā)我們把等溫蒸發(fā)時液面的溫度，稱為濕空氣的濕球溫度，用t 表示?？捎脻袂驕囟扔嫓y得。wb量或相對濕度所掌握。露點d〔=100t表示。露點時空氣中的飽和水蒸氣分壓：d干球溫度、濕球溫度和露點三者之間的關(guān)系對于不飽和空氣而言有t>t

>tt=t

=t。一、教學(xué)要求【把握內(nèi)容】〔1〕I-x的根本構(gòu)成濕空氣狀態(tài)參數(shù)的圖解空氣預(yù)熱后的狀態(tài)參數(shù)圖解法【理解內(nèi)容】I-x圖中各線簇的意義【了解內(nèi)容】空氣冷卻后的狀態(tài)參數(shù)圖解法

第三節(jié)I-x圖

wb d

wb d熱煙氣和冷空氣混合后的狀態(tài)參數(shù)圖解法二、教學(xué)重點與難點【教學(xué)重點】〔1〕I-x的根本構(gòu)成濕空氣狀態(tài)參數(shù)的圖解空氣預(yù)熱后的狀態(tài)參數(shù)圖解法【教學(xué)難點】〔1〕I-x圖中各線簇的作法及意義〔2〕濕空氣狀態(tài)的圖解三、教學(xué)方法講解概念結(jié)合例題使學(xué)生深入理解。四、教學(xué)內(nèi)容用分析計算法求解空氣的狀態(tài)參數(shù)及枯燥過程----〔x--T圖和焓----濕圖〔I--x圖。一、I--x圖的組成I--xxI為縱坐標，由等濕線、等熱量線、等干球溫度線、等濕球溫度線、等相對濕度線、水蒸氣分壓線等構(gòu)成。x圖上個組線的意義〔具體線型參看附錄：等濕含量線〔x線〕R〔mm為單位計x=oxR。x x等熱含量線〔I線〕是一組與水平軸ox成4°角的直線，線上空氣的熱含量相等。令R為縱軸比例尺〔以mm為單位計，則iRI=R+oI，通常，i

i 2023。Rx等干球溫度線〔t線〕Ict2490ctxt肯定時，c、c為，所以上式為直線。t不同，a w a w直線的斜率和截距都有變化〔非相互平行〕等相對濕度線〔φ線〕由p

xp，當空氣總壓p和相對濕度φ確定后，上式為向上微凸的曲線，在沸點處sw 0.622xp tpφ線變成向上的直線。φ=100%φ減小，空氣枯燥力量加大，飽sw和線下為過飽和區(qū)。水蒸氣分壓線由x0.622 psw

p xpppsw

w x當空氣總壓肯定時，是一條向上微凸通過原點的曲線，位于飽和區(qū)內(nèi)。等干球溫度線〔等t 線〕wb在附錄中以虛線表示，于縱軸夾角45°向下，當空氣的濕度較低或計算要求不高時，可用等I線近似代替，向上濕球溫度增加。二、I--x圖的應(yīng)用(一)濕空氣狀態(tài)參數(shù)的圖解問題t=30t

=25p=99325P

濕含量、露點。【解】

wb a利用各種參數(shù)的定義式、規(guī)律等進展解題，結(jié)合附錄的圖式。在濕空氣的干球溫度和濕球溫度肯定時，其濕含量、相對濕度、熱焓值都為定值?？捎善浣稽c獲得。首先在I--x圖中找到干球溫度t和濕球溫度t 的交點A，過交點A作垂直于橫軸的直線與ox的交點即為wbx。找到過AφφAIIAx與φ=100%的等φ線交點為B，則B點所對應(yīng)的等t線為飽和條件時的干球溫度此條件下的水蒸氣分壓可由Ax線與 分壓線的交點獲得〔C點。解題的關(guān)鍵在于濕含量為定值。(二) 空氣經(jīng)加熱器預(yù)熱后狀態(tài)參數(shù)的圖解【例】 初狀態(tài)t=20℃，φ=60%，末狀態(tài)t=95℃，求初狀態(tài)的x、0 0 1 0I，末 狀態(tài)的參數(shù)即獲得的熱量。0【解】初狀態(tài)由t和φxIt=95℃，0 0 0 0 1在加 熱的過程中，濕空氣中的水蒸氣的含量不變，即x不變。所以可得x 和t的交點B，在B點上查不到等φ線，所以只有φ<5%。找到0 1過B 點的等I 線，I=120 ，所以獲得的熱量為1II I 1204278〔KJ/kg干空氣。1 0(三)熱煙氣和冷空氣混合后的狀態(tài)參數(shù)圖解法1．固、液燃料氣體燃料煙氣與空氣混合后狀態(tài)參數(shù)確實定煙氣：t、I、x；冷空氣：t、I、xfl fl fl 0 0 0混合氣體：t、I、xm m m混合前、后水蒸氣及熱量的平衡：由上面兩式可得：圖解過程：如圖在I-x圖上分別定出冷空氣及熱煙氣的狀態(tài)點A、B，連接A、B兩點得混合過程線AB。找tmAB線的交點，即為混合氣體的狀態(tài)點M。從圖上求出混合比：一、教學(xué)要求【把握內(nèi)容】枯燥流程物料中水分的表示方法

第四節(jié)枯燥過程的物料平衡及熱平衡枯燥過程的物料平衡與熱量平衡的概念【理解內(nèi)容】枯燥過程中水分蒸發(fā)量的計算枯燥介質(zhì)消耗量的計算枯燥的熱量平衡方程與熱耗的計算【了解內(nèi)容】理論枯燥過程的圖解法實際枯燥過程的圖解法二、教學(xué)重點與難點【教學(xué)重點】枯燥過程的物料平衡枯燥過程的熱量平衡【教學(xué)難點】物料平衡計算熱量平衡計算三、教學(xué)方法結(jié)合生產(chǎn)實際，表達、講解根本概念和計算方法。把握好講、練結(jié)合。四、教學(xué)內(nèi)容供給參考依據(jù)。一、物料平衡(一)枯燥流程對流式枯燥設(shè)備通常于以下四局部組成：枯燥器 濕物料在其中與熱空氣或熱煙氣接觸物料受熱后水分蒸發(fā)而得到枯燥被蒸發(fā)的水分隨枯燥介質(zhì)流出枯燥器。預(yù)熱器或燃燒室 用以預(yù)熱空氣或產(chǎn)生高溫煙氣，作為枯燥介質(zhì)。通風(fēng)設(shè)備 如風(fēng)機、管道、煙囪等。關(guān)心設(shè)備 如喂料設(shè)備、輸送設(shè)備、收塵設(shè)備等。氣摻冷空氣后的混合氣作為枯燥介質(zhì)，物料與枯燥介質(zhì)逆向流淌的枯燥過程。(二)物料中水分的表示方法G

kgGw

kg的絕干物料和Wkg的水組成，即：d濕物料中的水分的表示方法有兩種：一種是以絕干物料為計算基準，稱為干基水分或確定水分，用u〔％〕表示：絕干物料的質(zhì)量在枯燥過程中是不變的，故在枯燥計算中干基水分可以直接相加減。另一種是以濕物料為計算基準，稱為濕基水分或相對含水分，以v〔％〕表示：干基水分和濕基水分的換算關(guān)系：便。(三)枯燥過程中水分蒸發(fā)量的計算1．用干基水分計算u〔％〕u〔％〕為枯燥前后物料的干基水分，G為絕干物料量〔kg/h〕，則每小時在枯燥器中蒸發(fā)1 2 d的水重量為：2．用濕基水分計算枯燥前后確定枯燥物料量是不變的。u〔％〕u〔％〕為枯燥前后的濕物料量〔kg/h〕，相應(yīng)的濕基水分為v〔％〕v〔％〕則每小時蒸1 2 1 2發(fā)的水量為：G應(yīng)相等，故有：dGw2

100v1

G及w1

100v2G 100vw1 2

G 100vw2 1(四)枯燥介質(zhì)消耗量設(shè)枯燥介質(zhì)通過枯燥器時既無泄漏也無額外補充，則絕干的枯燥介質(zhì)量進入和離開枯燥器時應(yīng)相等。用空氣作枯燥介質(zhì)L〔kg干空氣/h〕，依據(jù)水分平衡有：所以：L mw

mw

〔kg空氣/h〕x x2 1

x x2 0l〔kg干空氣/kg水〕，則有：用煙氣作枯燥介質(zhì)枯燥介質(zhì)中增加水氣的量等于物料中水。l Lm1

1 〔kg干混合氣/kg水〕m1 mw

x xm2 m1式中L 為干混合氣消耗量，x 、x 分別為離開及進入枯燥器的混合濕含量。m1 m2 m11kg水時高溫煙氣〔燃燒產(chǎn)物〕的用量為：1Kg水時干冷空氣(混合用)用量為，則有：二、熱平衡(一)熱平衡工程以枯燥器為平衡對象。通常以蒸發(fā)1kg水分，溫度以0℃為基準。以下標12表示進入及離開枯燥器的物料和枯燥介質(zhì)的狀態(tài)，則枯燥器的熱平衡工程如以下圖所示，圖中各項的熱量單位均為kJ/kg水。圖中進入枯燥器的熱量有：

qad1量qlI熱量q

lI

q=lI1 1 2 2物料帶走熱量q物料帶走熱量q

為枯燥介質(zhì)進入枯燥器時的熱2

量，kJ/kg。m1qm1

1運輸設(shè)備帶走熱量qc入的熱量，即：

qlθ1

w

w2

離開枯燥器時的物料量；cwm1

2θ℃時物料的比熱容。1在枯燥器中對枯燥介質(zhì)補充的熱量qad枯燥器的熱量支出工程有：帶走的熱量物料離開枯燥器帶走的熱量：θ2

為物料離開枯燥器時的溫度；cwm2

為物料離開枯燥器時的比熱容。運輸設(shè)備在枯燥器中吸取的熱量：式中Gc為運輸設(shè)備的質(zhì)量；cc運輸設(shè)備的平均比熱容；tc1、tc2為運輸設(shè)備進入及離開枯燥器的溫度。(4)枯燥器外表對環(huán)境的散熱烘干機的熱平衡1kg水分的熱平衡方程式：收入熱量=支出熱量上式整理可得:增補的熱量與總的熱損失之差令：( + )－〔 〕＝由此的得：枯燥過程及熱耗計算1、枯燥過程Δ=0的理論枯燥過程Δ=0，表示在烘干機增補的熱量等于散失的總熱量，稱為理論枯燥過程。在理論枯燥過程中，量過程。在此過程中枯燥介質(zhì)的溫度雖降低了，但濕含量增大了，所以熱含量不變。Δ﹤0的實際枯燥過程

，即等熱含＜0時,時的終態(tài)熱量 小于其進入枯燥器時的初態(tài)值，即＞。大多數(shù)實際枯燥過程屬于這種狀況。Δ﹥0的實際枯燥過程Δ﹥0時，表示在枯燥器中補充的熱量大于熱量損失之和，此時枯燥介質(zhì)離枯燥器時的熱量時的熱量，即＞。

大于其進入枯燥器生產(chǎn)中少見。2、枯燥過程熱耗和煤耗的計算空氣作為枯燥介質(zhì)時的熱耗〔KJ/kg-水〕煙氣作為枯燥介質(zhì)時的熱耗：〔無視燃料帶入的顯熱〕〔KJ/kg-水〕小時耗煤量：〔kg/h〕5.3.3枯燥過程的圖解理論枯燥過程的圖解理論枯燥過程，Δ=0，枯燥介質(zhì)的初態(tài)參數(shù)為

。、；離開枯燥器的溫度為。終態(tài)狀態(tài)參數(shù)圖解方法：由初態(tài)參數(shù)、，在 圖上確定初態(tài)點