第十三章 干燥

第十三章干燥第一頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23一、去濕及其方法1、何為去濕？從物料中脫除濕分的過(guò)程稱為去濕。濕分：不一定是水分！2、去濕方法機(jī)械去濕法：擠壓（擰衣服、過(guò)濾）物理法：濃硫酸吸收,分子篩吸附,膜法脫濕化學(xué)法：利用化學(xué)反應(yīng)脫除濕分（CaO）干燥法：加熱第二頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23二、干燥方法

1、傳導(dǎo)干燥熱能通過(guò)傳熱壁面以傳導(dǎo)的方式傳給濕物料

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(guò)熱而變質(zhì)，受熱不均勻。2、輻射干燥熱能以電磁波的形式由輻射器發(fā)射到濕物料表面，被物第三頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23料吸收轉(zhuǎn)化為熱能，而將水分加熱汽化。優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力強(qiáng)，干燥產(chǎn)物均勻缺點(diǎn)：能耗大3、介電加熱干燥

將需干燥的物料置于交頻電場(chǎng)內(nèi)，利用高頻電場(chǎng)的交變作用將濕物料加熱，水分汽化，物料被干燥。優(yōu)點(diǎn)：干燥時(shí)間短，干燥產(chǎn)品均勻而潔凈。缺點(diǎn)：費(fèi)用大。

第四頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/234、對(duì)流干燥

熱能以對(duì)流給熱的方式由熱干燥介質(zhì)（通常熱空氣）傳給濕物料，使物料中的水分汽化。物料內(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)帶走的干燥過(guò)程稱為對(duì)流干燥。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。

第五頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23三、對(duì)流干燥的傳熱傳質(zhì)過(guò)程對(duì)流干燥中，傳熱和傳質(zhì)同時(shí)發(fā)生1、傳熱過(guò)程

干燥介質(zhì)

Q濕物料表面

Q濕物料內(nèi)部2、傳質(zhì)過(guò)程

濕物料內(nèi)部濕分濕物料表面

濕分干燥介質(zhì)

第六頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23物料QNTtwpwp干燥介質(zhì)：載熱體、載濕體干燥過(guò)程：物料的去濕過(guò)程介質(zhì)的降溫增濕過(guò)程第七頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第九章干燥

Drying一、濕空氣的性質(zhì)二、濕度圖及其應(yīng)用

第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)和濕度圖

第八頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23一、濕空氣的性質(zhì)1、濕度H（

humidity）濕空氣中水汽的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比，又稱濕含量。對(duì)于水蒸氣~空氣系統(tǒng)：

第九頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23當(dāng)濕空氣中水汽分壓pw等于該空氣溫度下的飽和蒸汽壓ps時(shí)，其濕度稱為飽和濕度，用Hs表示。第十頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/232、相對(duì)濕度百分?jǐn)?shù)φ（relativehumidity）

在總壓P一定的條件下，濕空氣中水蒸氣分壓pw與同溫度下的飽和蒸汽壓ps之比。相對(duì)濕度代表濕空氣的不飽和程度，Ф愈低，表明該空氣偏離飽和程度越遠(yuǎn)，干燥能力越大。Ф=1，濕空氣達(dá)到飽和，不能作為干燥介質(zhì)。第十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23將

代入在總壓一定時(shí)

3、比容

在濕空氣中，1kg絕干空氣體積和相應(yīng)水汽體積之和，又稱濕容積。

第十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/234、比熱

常壓下，將濕空氣1Kg絕干空氣及相應(yīng)水汽的溫度升高（或降低）1℃所需要（或放出）的熱量，稱為濕比熱。

第十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/235、濕空氣的焓

濕空氣中1kg絕干空氣的焓與相應(yīng)水汽的焓之和。

第十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/236、干球溫度t和濕球溫度

1）干球溫度用普通溫度計(jì)測(cè)得的濕空氣的真實(shí)溫度

2）濕球溫度濕球溫度計(jì)在溫度為t，濕度為H的不飽和空氣流中，達(dá)到平衡或穩(wěn)定時(shí)所顯示的溫度。

第十五頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23t大量的濕空氣t,Htw水第十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23t大量的濕空氣t,H水表面水的分壓高N,kH水向空氣主體傳遞Q,蒸發(fā)時(shí)需要吸熱t(yī)w自身降溫第十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23對(duì)于空氣~水蒸氣系統(tǒng)而言

當(dāng)

時(shí)，

在一定的總壓下，已知t、tw能否確定H?第十八頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/237、絕熱飽和冷卻溫度

水分向空氣中汽化

空氣降溫增濕飽和絕熱焓不變第十九頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23對(duì)絕熱飽和器作焓衡算，即可求出絕熱飽和溫度

一般H及Has值均很小

第二十頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23是濕空氣在絕熱、冷卻、增濕過(guò)程中達(dá)到的極限冷卻溫度。

對(duì)于空氣~水系統(tǒng)，

注意：絕熱飽和溫度于濕球溫度的區(qū)別和聯(lián)系！第二十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/238、露點(diǎn)

將不飽和空氣等濕冷卻到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度

相應(yīng)的濕度稱為飽和濕度

第二十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23對(duì)于水蒸汽~空氣系統(tǒng)，干球溫度、絕熱飽和溫度和露點(diǎn)間的關(guān)系為：

不飽和空氣：

飽和空氣：

第二十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23二、濕度圖及其應(yīng)用

1、H-I圖

P坐標(biāo)軸五條線

-等濕線等焓線等干球溫度線等相對(duì)濕度線水蒸汽分壓線第二十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/232、濕度圖的應(yīng)用1）由測(cè)出的參數(shù)確定濕空氣的狀態(tài)

a）水與空氣系統(tǒng)，已知空氣的干球溫度t和濕球溫度tw，確定該空氣的狀態(tài)點(diǎn)A(t,H)。b）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和td，求原始狀態(tài)點(diǎn)A(t,H)。c）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和φ，求原始狀態(tài)點(diǎn)A的位置2）已知濕空氣某兩個(gè)可確定狀態(tài)的獨(dú)立變量，求該濕空氣的其他參數(shù)和性質(zhì)

第二十五頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23AtdA第二十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23A第二十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23

例：已知濕空氣的干球溫度t=30℃，相對(duì)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第二十八頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第九章干燥

Drying一、濕物料中含水量的表示方法二、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(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化

第三節(jié)干燥過(guò)程的物料與熱量衡算第二十九頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23一、濕物料中含水量的表示方法1、濕基含水量W

2、干基含水量X3、換算關(guān)系

第三十頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23二、干燥系統(tǒng)的物料衡算

1、水分蒸發(fā)量以s為基準(zhǔn)，對(duì)水分作物料衡算第三十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/232、空氣消耗量L

每蒸發(fā)1kg水分時(shí)，消耗的絕干空氣數(shù)量l第三十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/233、干燥產(chǎn)品流量G2

對(duì)干燥器作絕干物料的衡算第三十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算

1、熱量衡算的基本方程

忽略預(yù)熱器的熱損失，以1s為基準(zhǔn)，對(duì)預(yù)熱器列焓衡算第三十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23單位時(shí)間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量為：對(duì)干燥器列焓衡算，以1s為基準(zhǔn)單位時(shí)間內(nèi)向干燥器補(bǔ)充的熱量為單位時(shí)間內(nèi)干燥系統(tǒng)消耗的總熱量為——連續(xù)干燥系統(tǒng)熱量衡算的基本方程式

第三十五頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23假設(shè)：新鮮干空氣中水汽的焓等于離開(kāi)干燥器廢氣中水汽的焓

濕物料進(jìn)出干燥器時(shí)的比熱取平均值

濕空氣進(jìn)出干燥器時(shí)的焓分別為：第三十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23濕物料進(jìn)出干燥器的焓分別為第三十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23可見(jiàn)：向干燥系統(tǒng)輸入的熱量用于：加熱空氣；加熱物料；蒸發(fā)水分；熱損失第三十八頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/232、干燥系統(tǒng)的熱效率

蒸發(fā)水分所需的熱量為忽略物料中水分帶入的焓第三十九頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23四、空氣通過(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化

1、等焓干燥過(guò)程(理想干燥過(guò)程)

規(guī)定：不向干燥器中補(bǔ)充熱量QD=0；忽略干燥器向周圍散失的熱量QL=0；物料進(jìn)出干燥器的焓相等

第四十頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23將上述條件代入H0t0AIHt1Bt2C第四十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/232、非等焓干燥過(guò)程

1）操作線在過(guò)B點(diǎn)等焓線下方條件：不向干燥器補(bǔ)充熱量QD=0；不能忽略干燥器向周圍散失的熱量

QL≠0；物料進(jìn)出干燥器時(shí)的焓不相等

第四十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23IHt1Bt2CC1C2C3第四十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/232）操作線在過(guò)點(diǎn)B的等焓線上方

向干燥器補(bǔ)充的熱量大于損失的熱量和加熱物料消耗的熱量之總和3）操作線為過(guò)B點(diǎn)的等溫線

向干燥器補(bǔ)充的熱量足夠多，恰使干燥過(guò)程在等溫下進(jìn)行第四十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23例：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進(jìn)行干燥，濕物料的流量為1kg/s，初始濕基含水量為3.5%，干燥產(chǎn)品的濕基含水量為0.5%?？諝鉅顩r為：初始溫度為25℃，濕度為0.005kg/kg干空氣，經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)干燥器的溫度為140℃，若離開(kāi)干燥器的溫度選定為60℃和40℃，試分別計(jì)算需要的空氣消耗量及預(yù)熱器的傳熱速率。又若空氣在干燥器的后續(xù)設(shè)備中溫度下降了10℃，試分析以上兩種情況下物料是否返潮？假設(shè)干燥器為理想干燥器。第四十五頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23解：因在干燥器內(nèi)經(jīng)歷等焓過(guò)程，℃℃

第四十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23絕干物料量：絕干空氣量第四十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23預(yù)熱器的傳熱速率℃

第四十八頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23分析物料的返潮情況

當(dāng)t2=60℃時(shí)，干燥器出口空氣中水汽分壓為t=50℃時(shí)，飽和蒸汽壓ps=12.34kPa，即此時(shí)空氣溫度尚未達(dá)到氣體的露點(diǎn)，不會(huì)返潮。當(dāng)t2=40℃時(shí)，干燥器出口空氣中水汽分壓為第四十九頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23t=30℃時(shí)，飽和蒸汽壓ps=4.25kPa，物料可能返潮。

第五十頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第九章干燥

Drying一、物料中所含水分的性質(zhì)

二、干燥曲線和干燥速率曲線

三、干燥時(shí)間的計(jì)算

第四節(jié)干燥速度和干燥時(shí)間

第五十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23一、物料中所含水分的性質(zhì)

1、平衡水分與自由水分1）平衡水分

用某種空氣無(wú)法再去除的水分。與物料的種類、溫度及空氣的相對(duì)濕度有關(guān)

物料中的平衡水分隨溫度升高而減小隨濕度的增加而增加。2）自由水分

在干燥過(guò)程中所能除去的超出平衡水分的那一部分水分。

第五十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第五十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/232、結(jié)合水分和非結(jié)合水分結(jié)合水分：與物料之間有物理化學(xué)作用，因而產(chǎn)生的蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓。包括溶漲水分和小毛細(xì)管中的水分。難于除去

非結(jié)合水分：機(jī)械地附著在物料表面，產(chǎn)生的蒸汽壓與純水無(wú)異。包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。

容易除去。平衡水分一定是結(jié)合水分；自由水分包括了全部非結(jié)合水分和一部分結(jié)合水分。

第五十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第五十五頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23二、干燥曲線和干燥速率曲線

1、干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線

干燥曲線：恒定干燥條件下，物料的含水率X與時(shí)間θ的關(guān)系

2、干燥速率曲線1）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量

第五十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23第五十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2023/6/23

ABC段表示干燥第一階段，BC段為恒速干燥階段，AB段為物料的預(yù)熱階段，但此段所需的時(shí)間很短，一般并入BC段內(nèi)考慮。

CDE段為第二階段，在此階段內(nèi)干燥速率隨物料含水量的減小而降低，稱為降速干燥階段。兩個(gè)干燥階段之間的交點(diǎn)