材料工程原理干燥

材料工程原理干燥第一頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日一、固體物料的去濕方法二、干燥過程的分類三、對流干燥過程原理四、對流干燥過程實(shí)質(zhì)五、干燥過程基本問題第一節(jié)概述第二頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日去濕:除去固體物料、半成品和成品中含有的水分或其它濕分。去濕目的:1）工藝要求；2）貯存；3）運(yùn)輸。去濕的方法有三類：

1.

機(jī)械去濕法：通過過濾、離心分離等除去濕分，但濕分除不盡；

2.

物理化學(xué)去濕法：用吸濕性物料，如石灰、無水氯化鈣等吸收水分；

3.

熱能去濕法(干燥）：即借熱能使物料中的水分（或其它濕分）汽化，并將蒸氣排除以除去濕分的方法。一、固體物料的去濕方法第三頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日工業(yè)去濕方法：先采用機(jī)械方法把固體所含的絕大部分濕份除去，然后再通過加熱把機(jī)械方法無法脫除的濕份干燥掉，以降低除濕的成本。一、固體物料的去濕方法二、干燥過程的分類按操作壓力分有：常壓干燥和真空干燥。優(yōu)點(diǎn)：①操作溫度低，干燥速度快，熱的經(jīng)濟(jì)性好；②適用于維生素、抗菌素等熱敏性產(chǎn)品以及在空氣中易氧化、易燃易爆產(chǎn)品；

③適用于含有溶劑或有毒氣體的物料，溶劑回收容易；

④產(chǎn)品含水量可以很低，適用于低含水量的產(chǎn)品。缺點(diǎn)：加料口與產(chǎn)品排出口等處的密封困難，大型化、連續(xù)化生產(chǎn)有困難。第四頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日按操作方式分有：連續(xù)式干燥和間歇式干燥。按熱能傳遞給濕物料的方式分有：

①傳導(dǎo)干燥：利用熱傳導(dǎo)方式將熱量通過干燥器壁面?zhèn)鹘o濕物料，使其中的濕分汽化。被干燥的物料與加熱介質(zhì)不直接接觸，屬間接干燥優(yōu)點(diǎn)：熱能利用較多缺點(diǎn)：與傳熱壁面接觸的物料易局部過熱而變質(zhì)，受熱不均勻。二、干燥過程的分類第五頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日按熱能傳遞給濕物料的方式分有：

②對流傳熱干燥：熱空氣或熱煙氣等干燥介質(zhì)與濕物料接觸，以對流方式向物料傳遞熱量，使?jié)穹謿饣?。物料?nèi)部的水分以氣態(tài)或液態(tài)形式擴(kuò)散至物料表面，然后汽化的蒸汽從表面擴(kuò)散至干燥介質(zhì)主體，再由介質(zhì)帶走。優(yōu)點(diǎn)：受熱均勻，所得產(chǎn)品的含水量均勻。缺點(diǎn)：熱利用率低。

二、干燥過程的分類第六頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日按熱能傳遞給濕物料的方式分有：

③紅外線輻射干燥法：輻射線作用到被干燥物料，部分反射和透過，其余被吸收，吸收的輻射線轉(zhuǎn)化為熱量，從而使得濕分汽化。另：當(dāng)被干燥物料分子的運(yùn)動(dòng)頻率（固有頻率）與射入的紅外線頻率相等時(shí)會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)振幅增大，內(nèi)部發(fā)生激烈摩擦而產(chǎn)生熱能。故當(dāng)頻率匹配時(shí)，可節(jié)省能源。優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力強(qiáng)缺點(diǎn)：能耗大二、干燥過程的分類第七頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日按熱能傳遞給濕物料的方式分有：

④微波加熱（超高頻電磁波）干燥法：濕物料中水分子的偶極子在微波能量作用下發(fā)生激烈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生熱能。⑤介電加熱干燥法：

將需干燥的物料置于交頻電場內(nèi)，利用高頻電場的交變作用將濕物料加熱，水分汽化，物料被干燥。優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)部加熱方式干燥時(shí)間短，干燥產(chǎn)品均勻而潔凈。缺點(diǎn)：費(fèi)用大。⑥冷凍干燥⑦聯(lián)合干燥二、干燥過程的分類第八頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日目前，工業(yè)上應(yīng)用最普遍的是對流干燥。通常使用的干燥介質(zhì)是空氣，被除去的濕分是水分。本章中主要討論對流干燥，且只限于以熱空氣為干燥介質(zhì)且除去的濕分為水分的干燥。本章主要介紹此類以熱空氣為干燥介質(zhì)，濕分為水的對流加熱干燥。二、干燥過程的分類第九頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日由于溫差的存在，氣體以對流方式向固體物料傳熱，使?jié)穹萜?；在分壓差的作用下，濕份由物料表面向氣流主體擴(kuò)散，并被氣流帶走。溫度為t、濕份分壓為p的濕熱氣體流過濕物料的表面，物料表面溫度ti低于氣體溫度t。HtqWtippiM三、對流干燥過程原理第十頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日干燥介質(zhì)：用來傳遞熱量（載熱體）和濕份（載濕體）的介質(zhì)。注意：只要物料表面的濕份分壓高于氣體中濕份分壓，干燥即可進(jìn)行，與氣體的溫度無關(guān)。氣體預(yù)熱并不是干燥的充要條件，其目的在于加快濕份汽化和物料干燥的速度，達(dá)到一定的生產(chǎn)能力。HtqWtippiM干燥是熱、質(zhì)同時(shí)傳遞的過程三、對流干燥過程原理第十一頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日干燥過程熱空氣流過濕物料表面熱量傳遞到濕物料表面濕物料表面水分汽化并被帶走表面與內(nèi)部出現(xiàn)水分濃度差內(nèi)部水分?jǐn)U散到表面?zhèn)鳠徇^程傳質(zhì)過程傳質(zhì)過程干燥過程推動(dòng)力傳質(zhì)推動(dòng)力：物料表面水分壓P表水

>熱空氣中的水分壓P空水傳熱推動(dòng)力：熱空氣的溫度t空氣

>物料表面的溫度t物表四、對流干燥過程實(shí)質(zhì)第十二頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日除水分量空氣消耗量干燥產(chǎn)品量熱量消耗干燥時(shí)間物料衡算能量衡算涉及干燥速率和水在氣固相的平衡關(guān)系涉及濕空氣的性質(zhì)五、干燥過程基本問題解決這些問題需要掌握的基本知識有：(1)濕分在氣固兩相間的傳遞規(guī)律；(2)濕氣體的性質(zhì)及在干燥過程中的狀態(tài)變化；(3)物料的含水類型及在干燥過程中的一般特征；(4)干燥過程中物料衡算關(guān)系、熱量衡算關(guān)系和速率關(guān)系。本章主要介紹運(yùn)用上述基本知識解決工程中物料干燥的基本問題，介紹的范圍主要針對連續(xù)穩(wěn)態(tài)的干燥過程。第十三頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日一、濕空氣的性質(zhì)二、濕空氣的濕焓圖第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖第十四頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日濕空氣：指絕干空氣與水蒸汽的混合物。濕空氣的性質(zhì)濕度性質(zhì)(絕對濕度、相對濕度、濕含量)溫度性質(zhì)(干球溫度、濕球溫度、露點(diǎn)溫度、絕熱飽和冷卻溫度)容積性質(zhì)(密度、比容)比熱性質(zhì)(比熱容、焓)研究濕空氣，就是研究濕空氣的四大性質(zhì)。一、濕空氣的性質(zhì)第十五頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日為了研究方便，假設(shè)：(1)干燥過程的濕空氣，可以作為理想氣體處理，滿足理想氣體方程式、道爾頓分壓定律。(2)因?yàn)楦煽諝庵蛔鳛檩d熱體，它的質(zhì)量在干燥過程中始終保持不變，所以濕空氣的有關(guān)參數(shù)都以單位質(zhì)量的干空氣為基準(zhǔn)。(3)系統(tǒng)總壓P=101.33kPa。一、濕空氣的性質(zhì)第十六頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日1.干空氣與水蒸氣的分壓濕空氣服從理想氣體狀態(tài)方程和道爾頓分壓定律干空氣、水蒸氣看作理想氣體，從而：濕空氣干空氣水蒸氣+第十七頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日(1)絕對濕度2.濕度的表示方法絕對濕度單位體積濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量符號“ρw

”，單位為kg/m3飽和空氣空氣的絕對濕度就是在空氣溫度及水蒸氣分壓下的水蒸氣密度濕空氣中所含水蒸氣的量稱為空氣的濕度。三種表示方式：第十八頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日絕對濕度只表示濕空氣中所含水份的絕對數(shù)，不能反映空氣偏離飽和狀態(tài)的程度（即氣體的吸濕能力）。相對濕度：在總壓和溫度一定時(shí)，濕空氣中水汽的分壓pV

與系統(tǒng)溫度下水的飽和蒸汽壓ps

之比的百分?jǐn)?shù)。(2)相對濕度（Relativehumidity）相對濕度：在總壓和溫度一定時(shí)，濕空氣的絕對濕度ρw與飽和空氣的絕對濕度ρsw之比2.濕度的表示方法第十九頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日φ值說明濕空氣偏離飽和空氣或絕干空氣的程度，φ值越小吸濕能力越大；φ

=0，pw=0時(shí)，表示濕空氣中不含水分，為絕干空氣。φ

=1，pw=psw時(shí)，表示濕空氣被水汽所飽和，不能再吸濕。(2)相對濕度（Relativehumidity）2.濕度的表示方法第二十頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日(3)濕含量2.濕度的表示方法濕含量每千克干空氣所含水蒸氣的質(zhì)量，符號“x”或“H”，單位“kg-H2O/kg-干空氣”濕物料在一定量的空氣中干燥時(shí)，隨著物料中水分的蒸發(fā)，空氣的濕度將逐漸增大，但絕干空氣的質(zhì)量仍保持不變，因此，在干燥過程中，采用1kg絕干空氣作為計(jì)算基準(zhǔn)比較方便。令ρs為單位體積濕空氣在總壓P及溫度T時(shí)的質(zhì)量，即濕空氣的密度，則按質(zhì)量平衡有：第二十一頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日(3)濕含量2.濕度的表示方法濕含量方程根據(jù)濕含量的定義，則空氣的總壓為一定時(shí)：

第二十二頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日3.濕空氣的密度與比容密度：比容：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程1kg濕空氣所具有的體積（包括（1-x）kg絕干空氣及xkg水）第二十三頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日濕空氣的焓或熱含量：單位質(zhì)量絕干空氣在常壓下，以0度為基準(zhǔn)的熱焓。（1kg絕干空氣的焓與相應(yīng)水汽的焓之和。）由于焓是相對值，計(jì)算焓值時(shí)必須規(guī)定基準(zhǔn)狀態(tài)和基準(zhǔn)溫度，一般以0℃為基準(zhǔn)，且規(guī)定在0℃時(shí)絕干空氣和水汽的焓值均為零，則對于空氣-水系統(tǒng)：顯熱項(xiàng)汽化潛熱項(xiàng)4.焓I

(Totalenthalpy)或熱含量第二十四頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日當(dāng)熱、質(zhì)傳遞達(dá)平衡時(shí)，氣體對液體的供熱速率恰等于液體汽化的需熱速率時(shí)：(1)干球溫度t：濕空氣的真實(shí)溫度，簡稱溫度(℃或K)。將溫度計(jì)直接插在濕空氣中即可測量。(2)空氣的濕球溫度（Wet-bulbtemperature）

a.定義qN對流傳熱hkH氣體t,H氣膜對流傳質(zhì)液滴表面tw,Hw液滴——

濕球溫度twb定義式

5.干燥過程中的物料溫度第二十五頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日因流速等影響氣膜厚度的因素對α和kd有相同的作用，可認(rèn)為kd/α與速度等因素?zé)o關(guān)，而僅取決于系統(tǒng)的物性。對于空氣-水系統(tǒng)：結(jié)論：

twb=f(t,x)，氣體的t和x

一定，twb為定值。(2)空氣的濕球溫度（Wet-bulbtemperature）第二十六頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日濕球溫度計(jì)測定濕球溫度的條件是保證純對流傳熱，即氣體應(yīng)有較大的流速和不太高的溫度，否則，熱傳導(dǎo)或熱輻射的影響不能忽略，測得的濕球溫度會有較大的誤差。

通過測定氣體的干球溫度和濕球溫度，可以計(jì)算氣體的濕度：氣體ttwb.濕球溫度的測定第二十七頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日物料充分濕潤，濕分在物料表面的汽化和在液面上汽化相同。物料經(jīng)過預(yù)熱，很快達(dá)到穩(wěn)定的溫度，由于對流傳熱強(qiáng)烈，物料溫度接近氣體的濕球溫度twb。對于空氣-水系統(tǒng)，

twb<100℃。當(dāng)氣體的濕含量一定時(shí)，氣體的溫度越高，干、濕球溫度的差值越大。結(jié)論：當(dāng)物料充分濕潤時(shí)，可以使用高溫氣體做干燥介質(zhì)而不至于燒毀物料。例如，可以使用500℃的氣體烘干淀粉。t

℃2060100200500twb℃17.6228.3635.7647.6364.43對初始溫度為20℃、相對濕度為80%的常壓空氣b.濕球溫度的測定第二十八頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日Review去濕目的:1）工藝要求；2）貯存；3）運(yùn)輸。去濕的方法有三類：

1.

機(jī)械去濕法；2.

物理化學(xué)去濕法；3.

熱能去濕法(干燥）。工業(yè)去濕：機(jī)械去濕法+干燥一、固體物料的去濕方法二、干燥過程的分類按操作壓力分有：常壓干燥和真空干燥按操作方式分有：連續(xù)式干燥和間歇式干燥。按熱能傳級濕物料的方式分有：①傳導(dǎo)干燥；②對流傳熱干燥；③紅外線輻射干燥法；④微波加熱（超高頻電磁波）干燥法；⑤介電加熱干燥法；⑥冷凍干燥；⑦聯(lián)合干燥第二十九頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日Review三、對流干燥過程原理干燥介質(zhì)：用來傳遞熱量（載熱體）和濕份（載濕體）的介質(zhì)。注意：只要物料表面的濕份分壓高于氣體中濕份分壓，干燥即可進(jìn)行，與氣體的溫度無關(guān)。氣體預(yù)熱并不是干燥的充要條件，其目的在于加快濕份汽化和物料干燥的速度，達(dá)到一定的生產(chǎn)能力。干燥是熱量、質(zhì)量同時(shí)傳遞的過程傳質(zhì)推動(dòng)力：物料表面水分壓P表水

>熱空氣中的水分壓P空水傳熱推動(dòng)力：熱空氣的溫度t空氣

>物料表面的溫度t物表四、對流干燥過程實(shí)質(zhì)第三十頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日Review五、濕空氣的性質(zhì)(3)濕含量

xkg水蒸汽/kg絕干空氣1、濕度(2)相對濕度φ(1)絕對濕度2、比容：1kg濕空氣所具有的體積（包括（1-x）kg絕干空氣及xkg水）第三十一頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日焓：1kg絕干空氣的焓與相應(yīng)水汽的焓之和。對于空氣-水系統(tǒng)：3.焓I

(Totalenthalpy)Review五、濕空氣的性質(zhì)4.溫度(1)干球溫度t(2)濕球溫度twb

(3)絕熱飽和冷卻溫度tac(4)露點(diǎn)溫度td第三十二頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日絕熱飽和冷卻溫度：不飽和的濕空氣等焓降溫到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度。高溫不飽和空氣與水在絕熱條件下進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)并達(dá)到平衡狀態(tài)的過程。達(dá)到平衡時(shí)，空氣與水溫度相等，空氣被水的蒸汽所飽和。I,x,t—空氣的初始熱含量、濕含量及干球溫度絕熱飽和過程(Adiabaticsaturationprocess)：(3)絕熱飽和冷卻溫度tasIac,xac,tac—絕熱飽和時(shí)的熱含量、濕含量及干球溫度γ，c—tac汽化潛熱和比熱濕含量的增量為使這部分水汽化，需要空氣傳給水的熱量，也就是空氣減少的熱含量為：第三十三頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日(3)絕熱飽和冷卻溫度tas這部分水又以水蒸氣形式進(jìn)入空氣，帶入的熱量為：則，空氣通過飽和增濕器時(shí)焓的增量為：通常此項(xiàng)遠(yuǎn)小于I，可認(rèn)為：又：單位質(zhì)量絕干空氣進(jìn)入和離開絕熱飽和器是的熱容實(shí)驗(yàn)表明，空氣-水系統(tǒng)絕熱飽和溫度近似等于其濕球溫度第三十四頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日溫度為t的不飽和空氣在等濕下冷卻至溫度等于td的飽和狀態(tài)，此時(shí)x=xs,td。露點(diǎn)：在濕含量保持不變的條件下，不飽和空氣冷卻到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度，以td表示；相應(yīng)的濕含量為飽和濕含量，以xs,td表示。處于露點(diǎn)溫度的濕空氣的相對濕度=1，空氣濕度達(dá)到飽和濕度，濕空氣中水汽分壓等于露點(diǎn)溫度下水的飽和蒸氣壓，則水蒸氣-空氣系統(tǒng)：不飽和空氣t>tac

（或

twb）>td；飽和空氣t=tas=td

(4)露點(diǎn)td第三十五頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日已知濕空氣的總壓為101.325

kPa，相對濕度為50%，干球溫度為20℃。試求：(1)濕含量；(2)水蒸氣分壓p;(3)露點(diǎn)td(4)焓I(5)如將500kg/h干空氣預(yù)熱至117℃，求所需熱量Q(6)每小時(shí)送入預(yù)熱器的濕空氣體積V例題求濕空氣的性質(zhì)第三十六頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日第三十七頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日第三十八頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日等濕含量線濕空氣參數(shù)的計(jì)算比較繁瑣，甚至需要試差。為了方便和直觀，通常使用濕度圖。等焓線等溫線飽和空氣線pw-x線二、濕空氣的濕焓圖第三十九頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日對于空氣-水系統(tǒng)，tas

tw，等tas線可近似作為等tw線。每一條絕熱冷卻線上所有各點(diǎn)都具有相同的tas。物理意義：以絕熱冷卻線上所有各點(diǎn)為始點(diǎn)，經(jīng)過絕熱飽和過程到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，所有各狀態(tài)氣體的溫度都變?yōu)橥粶囟取?1)等濕含量線(等x

線)(2)等焓線（等I線）對給定的tac：t=f(x)在同一條等濕線上不同點(diǎn)所代表的濕空氣狀態(tài)不同，但x相同，露點(diǎn)是將濕空氣等x冷卻至=

1時(shí)的溫度。二、濕空氣的濕焓圖第四十頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日I與x呈直線關(guān)系，t越高，等t線的斜率越大，讀數(shù)0-250oC。(4)等相對濕度線(等線)總壓P一定，對給定的：因

pws=f(t)，故

x=f(t)。(5)蒸氣分壓線總壓P一定，

ps=f(x)，p-x

近似為直線關(guān)系。(3)等干球溫度線(等t線)二、濕空氣的濕焓圖第四十一頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日兩個(gè)參數(shù)在曲線上能相交于一點(diǎn)，即這兩個(gè)參數(shù)是獨(dú)立參數(shù)，這些參數(shù)才能確定空氣的狀態(tài)點(diǎn)。=100%，空氣達(dá)到飽和，無吸濕能力。<100%，屬于未飽和空氣，可作為干燥介質(zhì)。越小，干燥條件越好。1.確定空氣的干燥條件2.確定空氣的狀態(tài)點(diǎn)，查找其它參數(shù)3.確定絕熱飽和冷卻溫度或濕球溫度等I干燥過程空氣濕焓圖的用法4.確定露點(diǎn)溫度等x冷卻過程第四十二頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日

例：已知濕空氣的干球溫度t=30℃，相對濕度φ=0.6，求濕空氣的濕度H，露點(diǎn)td、tas。

t=30AH=0.016kg/kg干氣Dtd=21等焓線Ctas=23第四十三頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日一、濕物料的性質(zhì)二、干燥系統(tǒng)的物料衡算三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算四、空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化第三節(jié)干燥過程的物料衡算與熱量衡算第四十四頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日一、濕物料的性質(zhì)１、濕基水分v%即是以濕物料為計(jì)算基準(zhǔn)的物料中水分的質(zhì)量分率或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)２、干基水分u%不含水分的物料通常稱為絕對干物料或稱干料。以絕對干物料為基準(zhǔn)的濕物料中含水量，稱為干基含水量。第四十五頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日絕對干料的質(zhì)量在干燥過程中是不變的，故用干基含水量計(jì)算較為方便。這兩種含水量之間的換算關(guān)系如下：一、濕物料的性質(zhì)第四十六頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日3、濕物料的比熱容cm4、濕物料的焓I‘一、濕物料的性質(zhì)第四十七頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日二、干燥系統(tǒng)的物料衡算通過物料衡算可確定將濕物料干燥到規(guī)定的含水量所除去的水分量、空氣消耗量。１、水分蒸發(fā)量通過干燥器的濕空氣中絕干空氣量是不變的，又因?yàn)闈裎锪现姓舭l(fā)出的水分被空氣帶走，故濕物料中水分的減少量等于濕物料中水分汽化量等于濕空氣中水分增加量。即：濕空氣G,H1G,H2濕物料GC,X1或L1,w1濕物料GC,X2或L2,w2水分蒸發(fā)第四十八頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日２、干空氣消耗量如以Ｈ0表示預(yù)熱前的濕度，而空氣經(jīng)預(yù)熱前、后的濕度不變，故Ｈ0＝Ｈ1。

濕空氣用量為：濕空氣體積為：二、干燥系統(tǒng)的物料衡算第四十九頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日3、干燥產(chǎn)品的流量L2二、干燥系統(tǒng)的物料衡算第五十頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算通過干燥器的熱量衡算可以確定物料干燥所消耗的熱量或干燥器排出廢氣的狀態(tài)(H2、I2)。熱量衡算時(shí)以汽化１kg水分為計(jì)算基準(zhǔn)，溫度以0℃為基準(zhǔn)。

1、預(yù)熱器的加熱量計(jì)算如圖所示，若忽略預(yù)熱器周圍熱損失，加入預(yù)熱器中的熱量為：第五十一頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日熱量衡算（Heatbalance）Qp——預(yù)熱器向氣體提供的熱量，kW；QD——向干燥器補(bǔ)充的熱量，kW；QL—干燥器的散熱損失，kW。

濕物料Lc,

X1,1,I’1干燥產(chǎn)品Lc,

X2,2,I’2熱氣體G,H1,t1,I1濕廢氣體G,H2,t2,I2濕氣體G,H0,t0,I0QpQdQl預(yù)熱器干燥器第五十二頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日2、干燥器的熱量衡算輸入熱量(1)空氣進(jìn)入干燥器帶入熱量：GI1

(2)濕物料進(jìn)入干燥器帶入熱量：LcI’1

(3)干燥器內(nèi)補(bǔ)充加入的熱量：QD

三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算第五十三頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算2、干燥器的熱量衡算輸出熱量(1)空氣自干燥器排出帶走熱量：GI2

(2)物料出干燥器帶走熱量：LcI’2

(3)干燥器向周圍損失的熱量：QL

第五十四頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日在穩(wěn)定干燥過程中，輸入量等于輸出量，干燥器熱量衡算式為：三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算第五十五頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日3、干燥系統(tǒng)消耗的總熱量三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算加入系統(tǒng)的總熱量：（1）加熱空氣；（2）蒸發(fā)物料中的水分；（3）加熱物料；（4）補(bǔ)償熱損失第五十六頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日4、干燥系統(tǒng)的熱效率干燥系統(tǒng)的熱效率是干燥器操作性能的一個(gè)重要指標(biāo)。熱效率高，表明熱的利用程度好，操作費(fèi)用低，同時(shí)可合理利用能源，使產(chǎn)品成本降低。因此，在操作過程中，希望可獲得盡可能高的熱效率。(1)定義

三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算第五十七頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日◆降低空氣出口溫度和提高空氣的出口濕度，但提高空氣的出口濕度將使物料中的水分向氣相傳遞的推動(dòng)力降低，影響干燥速率和物料的最終干燥程度。

◆盡量利用廢氣中的熱量，如用廢氣預(yù)熱冷空氣或濕物料，減少設(shè)備和管道的熱損失，都有助于熱效率的提高。

用熱空氣作干燥介質(zhì)時(shí)，熱效率η=30-60%；

應(yīng)用部分廢氣循環(huán)時(shí)，熱效率η=50-75%。(2)提高熱效率的途徑第五十八頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日空氣在預(yù)熱器中經(jīng)歷的是等濕升溫過程，只要被加熱的溫度已定，空氣的狀態(tài)參數(shù)很容易確定?？諝庠诟稍锲髦?，由于空氣和物料間進(jìn)行熱、質(zhì)傳遞，使空氣增濕降溫，及干燥器中補(bǔ)充加熱，熱損失等諸因素的影響，使空氣離開干燥器的狀態(tài)難于確定，通常按下列兩種情況計(jì)算。1、等焓干燥過程2、實(shí)際干燥過程四、干燥器出口空氣狀態(tài)的確定第五十九頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日1、等焓干燥過程(理想干燥過程、絕熱干燥過程)等焓干燥過程是指干燥在絕熱情況下進(jìn)行的，空氣在進(jìn)出干燥器的焓值不變，即I1＝I2。等焓干燥過程應(yīng)滿足以下條件：a.不向干燥器重補(bǔ)充熱量，即QD=0.b.忽略干燥器向周圍散失的熱量，即QL=0.c.物料進(jìn)出干燥器的焓相等，即G(I2’-

I1’)=0四、干燥器出口空氣狀態(tài)的確定第六十頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日2、非等焓干燥過程12四、干燥器出口空氣狀態(tài)的確定第六十一頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日在連續(xù)干燥器中用熱空氣作介質(zhì)對物料進(jìn)行干燥。濕物料的處理量為1600kg/h，進(jìn)、出干燥器的濕基含水量分別為0.12和0.02，空氣進(jìn)、出干燥器的濕度分別為0.01和0.028。試求水分蒸發(fā)量、單位空氣消耗量和新鮮空氣消耗量、干燥產(chǎn)品量。例題：物料衡算第六十二頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日第六十三頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日在常壓絕熱干燥器中將1500kg濕物料從原始含水量18％降至1.5％(濕基)?？諝鉁囟葹?5℃、濕度為0.01，在預(yù)熱器升溫至90℃后進(jìn)入干燥器，離開干燥器的溫度為50℃。試計(jì)算：完成任務(wù)所需新鮮空氣量、預(yù)熱器的熱負(fù)荷。例題：熱量衡算第六十四頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日例題：熱量衡算第六十五頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日例題：熱量衡算第六十六頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)物料的平衡含水量一、物料的干燥實(shí)驗(yàn)曲線二、物料的平衡含水量曲線三、恒定干燥條件下的干燥速率與干燥時(shí)間第六十七頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日一、物料的干燥實(shí)驗(yàn)曲線（一）干燥實(shí)驗(yàn)曲線干燥曲線：

X、與的關(guān)系曲線空氣溫度濕度流速與物料接觸狀況恒定干燥條件：實(shí)驗(yàn)裝置（圖7-10）第六十八頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日1.預(yù)熱段：物料升溫，X變化不大。物料溫度小于該空氣條件（t，H）下的濕球溫度tw，空氣溫度與物料存在溫度差——傳熱推動(dòng)力，空氣向物料傳遞熱量，物料溫度升高。（二）干燥過程的三階段物料表面水汽壓力大于空氣中水汽壓力——傳質(zhì)推動(dòng)力，物料表面水分汽化。開始階段，汽化量小，汽化所需熱量小于空氣傳入熱量，物料升溫，汽化速度加大水分汽化所需熱量等于空氣傳入物料的熱量，θ=tw。預(yù)熱段結(jié)束，進(jìn)入恒速干燥階段。A干基含水量XXctwECBAECBtX*物料表面溫度干燥時(shí)間預(yù)熱段恒速段降速段DD第六十九頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日（二）干燥過程的三階段物料表面潤濕，內(nèi)部水分向表面擴(kuò)散2.恒速干燥段：物料溫度恒定在tw，X~呈直線，氣體傳給物料熱量全部用于濕份汽化。物料溫度等于該空氣條件（t，H）下的濕球溫度tw，空氣溫度與物料存在溫度差不變——傳熱推動(dòng)力恒定。物料表面水汽壓力為tw條件下的飽和濕度，空氣中水汽壓力恒定——傳質(zhì)推動(dòng)力恒定。A干基含水量XXctwECBAECBtX*物料表面溫度干燥時(shí)間預(yù)熱段恒速段降速段DD第七十頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日（二）干燥過程的三階段臨界點(diǎn)C：恒速干燥階段與降速干燥階段的臨界點(diǎn)。臨界含水量。物料內(nèi)部水分向表面擴(kuò)散的速率下降，導(dǎo)致表面不能完全潤濕，出現(xiàn)不潤濕點(diǎn)，水化的汽化速度減小，直到表面完全不潤濕。CD段——第一降速段3.降速干燥段：汽化表面從物料表面向內(nèi)部轉(zhuǎn)移，熱量通過固體傳遞到汽化面，汽化了的水汽穿過固體空隙向外部擴(kuò)散，汽化速率進(jìn)一步減小，直到E點(diǎn)，DE——第二降速段，E點(diǎn)——平衡含水量X*。A干基含水量XXctwECBAECBtX*物料表面溫度干燥時(shí)間預(yù)熱段恒速段降速段DD第七十一頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日二、物料的平衡含水量曲線（一）物料的平衡含水量曲線

平衡水分（X*）：不能用干燥方法除去的水分。X*=f（物料種類、空氣性質(zhì)）吸水性弱的小圖7-13第七十二頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日（二）自由水分與平衡水分根據(jù)物料在一定干燥條件下，其所含水分能否用干燥的方法除去來劃分，可分為平衡水分與自由水分。平衡水分：等于或小于平衡含水量，無法用相應(yīng)空氣所干燥的那部分水分。自由水分（X－X*）：濕物料中大于平衡含水量，有可能被該濕空氣干燥除去的那部分水分。第七十三頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日(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。非結(jié)合水分

——水與物料無結(jié)合力或結(jié)合力較弱，pw＝ps。據(jù)物料與水分結(jié)合力的狀況，可分為結(jié)合水分和非結(jié)合水分。第七十四頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日注意：平衡水分與自由水分，結(jié)合水分與非結(jié)合水分是兩種概念不同的區(qū)分方法。自由水分是在干燥中可以除去的水分，而平衡水分是不能除去的，是指定空氣條件下干燥的極限。自由水分和平衡水分的劃分除與物料有關(guān)外，還決定于空氣的狀態(tài)。且一定是結(jié)合水分。非結(jié)合水分是在干燥中容易除去的水分，而結(jié)合水分較難除去。是結(jié)合水還是非結(jié)合水僅決定于固體物料本身的性質(zhì)，與空氣狀態(tài)無關(guān)。第七十五頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日干燥過程：當(dāng)濕物料與不飽和空氣接觸時(shí)，X向X*接近，干燥過程的極限為X*。物料的X*與濕空氣的狀態(tài)有關(guān)，空氣的溫度和濕度不同，物料的X*不同。欲使物料減濕至絕干，必須與絕干氣體接觸。吸濕過程：若X<Xh

，則物料將吸收飽和氣體中的水分使?jié)窈吭黾又翝窈縓h，即最大吸濕濕含量，物料不可能通過吸收飽和氣體中的濕份使?jié)窈砍^Xh。欲使物料增濕超過Xh，必須使物料與液態(tài)水直接接觸。第七十六頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日Review一、物料的干燥實(shí)驗(yàn)曲線干燥曲線：

X、與的關(guān)系曲線空氣溫度;濕度;流速;與物料接觸狀況恒定干燥條件：干燥實(shí)驗(yàn)曲線:A干基含水量XXctwECBAECBtX*物料表面溫度干燥時(shí)間預(yù)熱段恒速段降速段DD第七十七頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日1.預(yù)熱段：物料升溫，X變化不大。2.恒速干燥段：物料溫度恒定在tw，X~呈直線，氣體傳給物料熱量全部用于濕份汽化。干燥過程的三階段一、物料的干燥實(shí)驗(yàn)曲線Review3.降速干燥段：第一降速段，第一降速段臨界點(diǎn)C：恒速干燥階段與降速干燥階段的臨界點(diǎn)。臨界含水量。E點(diǎn)——平衡含水量X*第七十八頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日自由水分與平衡水分根據(jù)物料在一定干燥條件下，其所含水分能否用干燥的方法除去來劃分，可分為平衡水分與自由水分。Review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。非結(jié)合水分

——水與物料無結(jié)合力或結(jié)合力較弱，pw＝ps。據(jù)物料與水分結(jié)合力的狀況，可分為結(jié)合水分和非結(jié)合水分。第七十九頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日三、恒定干燥條件下的干燥速率與干燥時(shí)間干燥速率:單位時(shí)間、單位干燥面積汽化水分量。[kg水/m2?s]（一）間歇干燥過程和干燥速率曲線第八十頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日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A干基含水量XXcECBX*干燥時(shí)間預(yù)熱段恒速段降速段D第八十一頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日（二）恒速干燥階段[kg水/m2?s]——恒速干燥速率物料表面濕潤，X>Xc，汽化的是非結(jié)合水分。第八十二頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日恒速干燥特點(diǎn)：1.影響u的主要因素：t、H、u、空氣與物料接觸方式1.u＝uC＝const.2.物料表面溫度為tw；3.去除的水分為非結(jié)合水分；4.uC——干燥條件決定，表面汽化控制；uC的來源：（1）

由干燥速率曲線查得2.恒速階段干燥時(shí)間計(jì)算第八十三頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日（三）降速階段1.降速干燥段特點(diǎn)：（1）隨著干燥時(shí)間的延長，干基含水量X減小，干燥速率降低；（2）物料表面溫度大于濕球溫度；（3）除去的水分為非結(jié)合、結(jié)合水分；（4）降速干燥階段的干燥速率與物料種類、結(jié)構(gòu)、形狀及尺寸有關(guān)，而與空氣狀態(tài)關(guān)系不大。第八十四頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日降速段干燥速率曲線的形狀因物料的結(jié)構(gòu)和吸濕性而異。多孔性物料(Porousmedia)：濕份主要是藉毛細(xì)管作用由內(nèi)部向表面遷移。非多孔性物料(Nonporousmedia)：借助擴(kuò)散作用向物料表面輸送濕份，或?qū)穹菹仍趦?nèi)部汽化后以汽態(tài)形式向表面擴(kuò)散遷移。如肥皂、木材、皮革等。吸濕性物料(Hygroscopicmedia)：與水份的親合能力大。非吸濕性物料(Nonhygroscopicmedia)：不同物料的干燥機(jī)理不同，濕份內(nèi)擴(kuò)散機(jī)理不同，干燥速率曲線的形狀不同，情況非常復(fù)雜，故干燥曲線應(yīng)由實(shí)驗(yàn)的方法測定。

降速段干燥速率曲線的形狀第八十五頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日方法：（1）圖解積分法X*XCuCX22.降速階段干燥時(shí)間計(jì)算在X2~

Xc之間取一定數(shù)量的X值，從干燥速率曲線上查得對應(yīng)的u，計(jì)算1/u；作圖1

/u~X，計(jì)算曲線下面陰影部分的面積。第八十六頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日總干燥時(shí)間：當(dāng)X*=0時(shí)，（2）解析計(jì)算法第八十七頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日（四）臨界含水量XC1.吸水性強(qiáng)的物料XC>吸水性弱的物料

XC2.物料層越薄、分散越細(xì)，XC

越低3.干燥條件：t↑,H,u↑。

uC

越大，XC

越高。物料在干燥過程中經(jīng)歷了預(yù)熱、恒速、降速干燥階段，用臨界含水量Xc加以區(qū)分，Xc越大，越早地進(jìn)入降速階段，使完成相同的干燥任務(wù)所需的時(shí)間越長，Xc的大小不僅與干燥速率和時(shí)間的計(jì)算有關(guān)，同時(shí)由于影響兩個(gè)階段的因素不同，因此確定Xc值對強(qiáng)化干燥過程也有重要意義。第八十八頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日一、常用對流干燥設(shè)備簡介二、干燥設(shè)備選擇第五節(jié)干燥設(shè)備第八十九頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日一、常用對流干燥設(shè)備簡介干燥器類型較多，分類方法也較多，可按加工方式、操作壓力、操作方式分類等。一般分為：間歇常壓干燥器：廂式干燥器（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：氣流干燥器連續(xù)減壓干燥器：減壓滾筒干燥器

第九十頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日一、常用對流干燥器簡介（一）廂式干燥器(盤架式干燥器)小型的稱為烘箱，大型的稱為烘房，可同時(shí)處理多種物料。通常在常壓或真空下間歇操作。廂內(nèi)設(shè)有支架，濕物料放在矩形淺盤內(nèi)，或懸掛在支架上(板狀物料)，空氣經(jīng)加熱器預(yù)熱并均勻分配后，平行掠過物料表面，離開物料表面的濕廢氣體，部分排空，部分循環(huán)，與新鮮空氣混合后用作干燥介質(zhì)。第九十一頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，裝卸靈活、方便，適應(yīng)性強(qiáng)，適用于小批量、多品種物料的干燥；缺點(diǎn)：分散差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，干燥時(shí)間長，設(shè)備體積大。（一）廂式干燥器(盤架式干燥器)第九十二頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日（二）轉(zhuǎn)筒式干燥器

主體:沿軸向裝抄板圓筒,略傾斜，齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；物料由轉(zhuǎn)筒較高一端送，由較低端出，熱風(fēng)由轉(zhuǎn)筒低端入，由高端出，氣固兩相呈逆流接觸；隨著圓筒旋轉(zhuǎn)，物料被炒板抄起然后灑下，改善傳熱傳質(zhì)，提高干燥速率；物料濕含量較低，產(chǎn)品能承受高溫，宜采用逆流干燥。物料濕含量較高、產(chǎn)品濕含量不是很低的場合宜采用并流干燥。第九十三頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日特點(diǎn):

國內(nèi)現(xiàn)有轉(zhuǎn)筒干燥器的直徑一般為0.5-3m，長度為2-27m，長徑比為4-10，物料在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的裝填量約為筒體容積的8-13%，物料沿轉(zhuǎn)筒軸向前進(jìn)的速度為0.01-0.08m/s，其停留時(shí)間一般為1h左右。(1)機(jī)械化程度較高，生產(chǎn)能力較大；(2)干燥介質(zhì)通過轉(zhuǎn)筒的阻力較小；(3)對物料的適應(yīng)性較強(qiáng)，操作穩(wěn)定方便，運(yùn)行費(fèi)用較低；(4)裝置比較笨重，金屬耗材多，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，維修量較大；(5)設(shè)備投資高，占地面積大。第九十四頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日（三）流化床干燥器加料口加入，熱氣體穿過流化床底部多孔分布板，形成許多小氣流射入物料層。氣速控制，形成沸騰狀流化床。產(chǎn)品經(jīng)床側(cè)出料管卸出，濕廢氣體由引風(fēng)機(jī)從床層頂部抽出排空，旋風(fēng)分離器分離所夾帶少量細(xì)微粉。單層流化床干燥器第九十五頁，共一百零四頁，編輯于2023年，星期日

固體在每一層完全混合，但層與層之間不相混。改善了物料停留時(shí)間的分布，層數(shù)越多，產(chǎn)品濕含量愈均勻。國內(nèi)使用五層流化床干燥滌綸切片，效果很好。氣固兩相逆流流動(dòng)，有利于降低產(chǎn)品的濕含量，且可使熱量的利用更加充分。多層流化床特別適合于產(chǎn)品濕含量較低