干燥單元操作-課件

干燥化工單元操作

主要培訓(xùn)內(nèi)容干燥及干燥原理濕空氣的性質(zhì)干燥過(guò)程的物料衡算干燥速率及其影響因素

第一節(jié)干燥及干燥原理

一.定義及分類(lèi):1.定義:干燥是利用加熱的方法除去固體物料中濕分(水分或其他液體)的單元操作。

2.

分類(lèi)：（1)按操作壓強(qiáng)不同分:常壓干燥：真空干燥：適用于處理熱過(guò)敏性，易氧化或要求產(chǎn)品含濕量很低的物料。（2)按操作方法分：間歇式干燥：小批量，多品種或要求干燥時(shí)間長(zhǎng)的物料。連續(xù)式干燥：生產(chǎn)能力大，熱效率高及勞動(dòng)條件好。(3)按傳熱方式分：傳導(dǎo)干燥：濕物料與加熱介質(zhì)不直接接觸，熱量以傳導(dǎo)方式通過(guò)固體壁面?zhèn)鹘o濕物料。此法熱能利用率高，但物料溫度不易控制，易過(guò)熱。對(duì)流干燥：熱量通過(guò)干燥介質(zhì)（熱空氣）以對(duì)流方式傳給濕物料，此過(guò)程干燥介質(zhì)與濕料直接接觸，干燥介質(zhì)供給濕物料汽化所需的熱量。并帶走汽化后的濕分蒸氣。所以，干燥介質(zhì)在干燥過(guò)程中既是載熱體又是載濕體。輻射干燥：熱能以電磁波的形式由輻射器發(fā)射至濕物料表面，被濕物料吸收后再轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軐裎锪现袧穹制⒊ァ?/p>

二.對(duì)流干燥流程及原理：1．干燥流程：

如圖所示，空氣由預(yù)熱器加熱至一定溫度后進(jìn)入干燥器，與進(jìn)入干燥器的濕物料相接觸，空氣將熱量以對(duì)流傳熱的方式傳給濕物料，濕物料表面水分被加熱汽化成蒸氣，然后擴(kuò)散到空氣，最后由干燥器的另一端排出?？諝馀c濕物料在干燥器內(nèi)的接觸可以是并流；逆流或其他方式。

2．對(duì)流干燥原理（干燥過(guò)程分析）

干燥原理熱空氣將熱能以對(duì)流的方式傳到濕物料表面,再由表面?zhèn)鞯轿锪蟽?nèi)部,這是一個(gè)傳熱過(guò)程;物料表面的濕分由于受熱汽化,使物料內(nèi)部和表面之間產(chǎn)生濃度差。因此,物料內(nèi)部的濕分以液態(tài)或氣態(tài)的形式向表面擴(kuò)散,然后氣化后的水蒸氣再通過(guò)物料表面擴(kuò)散到氣流主體,這是傳質(zhì)過(guò)程。干燥是傳熱和傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程,兩者相互聯(lián)系。干燥過(guò)程的速率同時(shí)由傳熱速率和傳質(zhì)速率決定。

3．對(duì)流干燥的條件：

必要條件：物料表面水汽分壓必須大于干燥介質(zhì)中水汽分壓。兩者的壓差越大，干燥進(jìn)行得越快，所以干燥介質(zhì)應(yīng)及時(shí)地將汽化的水汽帶走，以便保持一定的傳質(zhì)推動(dòng)力。若壓差為零，干燥操作也就停止了。熱空氣在干燥過(guò)程中既是載熱體（提供熱）又是載濕體（接受水汽并帶走水汽），干燥是傳熱和傳質(zhì)相結(jié)合的過(guò)程。

第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)

作為干燥介質(zhì)的熱空氣，在干燥過(guò)程中不斷從濕物料中獲取水分，成為空氣和水蒸氣的混合物，稱(chēng)為濕空氣。

由于在干燥過(guò)程中，濕空氣的水含量是不斷變化的,但絕干空氣的質(zhì)量是不變的，為方便起見(jiàn)，濕空氣的各項(xiàng)參數(shù)都是以單位質(zhì)量的絕干空氣為基準(zhǔn)的。

一.濕空氣的基本性質(zhì)：由于干燥設(shè)備一般為常壓操作。因此，理想氣體的有關(guān)定律適用于濕空氣。濕空氣是干空氣和水汽的二元混合氣。根據(jù)道爾頓分壓定律：P濕總=Pg+Pw

三．相對(duì)濕度：Ψ

相對(duì)濕度：在一定的總壓下，濕空氣中水蒸氣分壓與同溫度下的水的飽和蒸氣壓之比稱(chēng)為相對(duì)濕度。

Ψ=×100%

Pw----濕空氣中水氣的分壓Ps----水的飽和蒸氣壓相對(duì)濕度可以用來(lái)衡量濕空氣的不飽和程度。當(dāng)Ψ=100%時(shí)，Pw=Ps表示濕空氣已被水汽飽和。當(dāng)Pw〈

Ps時(shí)，Ψ〈100%，濕空氣中的水汽均未達(dá)到飽和，不飽和空氣才能作為干燥介質(zhì)。Ψ=0表示濕空氣中不含水分,此時(shí)為干空氣。Ψ值越低，表示該空氣偏離飽和程度越遠(yuǎn)，干燥能力越大。所以空氣的濕度H僅表示其中水蒸氣的絕對(duì)含量。相對(duì)濕度Ψ值才能反映出濕空氣吸收水汽的能力。四濕空氣的比容：VH

定義：1kg絕干空氣和其所帶有的Hkg水汽所占的容積。

VH=Vg+HVw單位：m3/kg干氣

Vg-------干空氣的比容

Vw-----水汽的比容五濕空氣的比熱：定義：常壓下，1公斤干空氣和其所帶有的H公斤水汽升高溫度為1K所需的熱量。

CH=Cg+HCw

Cg------絕干空氣比熱KJ/kg干氣kCw------水汽比熱六濕空氣的焓：IH

定義：1公斤絕干空氣的焓值與其所帶有的H公斤水汽的焓值之和。

IH=Ig+HIw

Ig---絕干空氣的焓值KJ/kg干氣Iw---水汽的焓值KJ/kg干氣

七干球溫度：t

定義：用普通溫度計(jì)測(cè)得的濕空氣真實(shí)溫度，稱(chēng)干球溫度。簡(jiǎn)稱(chēng)溫度。單位：K或°C例1：當(dāng)總壓力為100Kpa時(shí)，濕空氣的溫度為30℃，水氣分壓為4Kpa。求該濕空氣的濕度和相對(duì)濕度？如將濕空氣加熱至少80℃，再求其相對(duì)濕度？

第三節(jié)干燥過(guò)程的物料衡算

物料衡算要解決的問(wèn)題:1.求干燥過(guò)程中的水分蒸發(fā)量W。2.求干燥過(guò)程中的空氣消耗量L。

一.濕物料中含水量的表示方法:有兩種:濕基含水量w和干基含水量X1.濕基含水量:w定義:單位質(zhì)量濕物料中所含水分的質(zhì)量,稱(chēng)為濕物料的濕基含水量。單位：kg(水)/kg(濕物料）

w=

2干基含水量：X

定義：指單位絕干物料中所含水分的質(zhì)量。用X表示。單位:kg（水）/kg（干料）=X=

兩種換算之間的關(guān)系：

=X例1某車(chē)間測(cè)得100kg濕尿素中含水25kg，試用干基含水量和濕基含水量分別表示此濕尿素水分的濃度。解：濕基含水量：二物料衡算：

對(duì)流干燥物料衡算圖設(shè)計(jì)過(guò)程穩(wěn)定，各種漏損忽略不計(jì)，過(guò)程中絕干物料及絕干空氣量不變，以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，對(duì)水分進(jìn)行衡算。

GcX1+LH1=GcX2+LH2

Gc------絕干物料的質(zhì)量流量kg/h

L-----絕干空氣的質(zhì)量流量kg/hW-----干燥過(guò)程中水分蒸發(fā)量kg/hX1,X2---濕物料進(jìn).出干燥器的干基含水量H1,H2---熱空氣進(jìn).出干燥器的濕度干燥過(guò)程中，濕物料汽化的水分全部進(jìn)入熱空氣流，由上式：

W=Gc(X1-X2)=L(H2-H1)L=

干燥操作中，空氣的消耗量只與空氣的最初和最終濕度有關(guān)，而與過(guò)程無(wú)關(guān)。實(shí)際生產(chǎn)中，已知干燥前后濕物料量G1，G2及相應(yīng)的濕基含水量w1和w2。將前式w1和w2換算成X1和X2，然后求絕干物料量：

Gc=G1(1-w1)=G2(1-w2)

干燥產(chǎn)品量=濕物料量-水分蒸發(fā)量

即：G2=G1–W

G1---進(jìn)入干燥器的濕物料量，kg/hG2---出干燥器的產(chǎn)品質(zhì)量,kg/h例：聚氯乙烯樹(shù)脂的濕基含量為6%,干燥后產(chǎn)品中的濕基含水量為0.3%,干燥產(chǎn)品量為5000kg/h,求樹(shù)脂在干燥器中蒸發(fā)的水分量?解:已知:w1=6%;w2=0.3%

Gc=G2(1-w2)=5000(1-0.003)=4985kg/hW=Gc(X1-X2)=4985(0.0638-0.003)=303kg(水)/h

例2在連續(xù)的干燥器中，每小時(shí)處理濕物料1000公斤，經(jīng)干燥后物料的含水量由10%降到2%（均為濕基）。以熱空氣為干燥介質(zhì)，初始濕度H1為0.008kg(水)/kg絕干氣,離開(kāi)干燥器時(shí)濕度H2=0.05kg(水)/kg絕干氣,假設(shè)干燥過(guò)程中無(wú)物料損失,求:(1)水分蒸發(fā)量(2)空氣消耗量(3)干燥產(chǎn)品量(2)空氣消耗量：L

例:某連續(xù)干燥器，每小時(shí)處理濕物料1000公斤，經(jīng)干燥后物料的含水量由40%減至5%（均為濕基），干燥介質(zhì)為熱空氣流，初始溫度為20°C時(shí)的H1=0.009kg水/kg干氣,經(jīng)預(yù)熱到120°C后進(jìn)入干燥器,離開(kāi)干燥器溫度為40°C時(shí),H2=0.039kg水/kg干氣,求:(1)水分蒸發(fā)量?(2)空氣消耗量?(3)如產(chǎn)品收率為95%,求干燥產(chǎn)品量?解:(1)水分蒸發(fā)量W:

(2)空氣消耗量L

第四節(jié)干燥速率及其影響因素

一.干燥速率的定義:定義:單位時(shí)間內(nèi)在單位干燥面積上被干燥物料所能汽化的水分質(zhì)量,稱(chēng)為干燥速率。用微分表示：

二影響干燥速率的因素：影響干燥速率的主要因素是物料的狀況，干燥介質(zhì)的狀態(tài)，干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)和物料流程等幾個(gè)方面?，F(xiàn)就其中重要因素說(shuō)明如下：1.濕物料的性質(zhì)和形狀：包括濕物料的物理結(jié)構(gòu)；化學(xué)組成；形狀及大小等。2.濕物料本身的溫度：濕物料本身的溫度越高，則干燥速率越大。在干燥器中濕物料的溫度又與干燥介質(zhì)的狀態(tài)有關(guān)。

3.與物料的最終和最初的含水量有關(guān)：4.物料的堆置方法：5.干燥介質(zhì)的溫度：當(dāng)干燥介質(zhì)的濕度不變時(shí)，其溫度越高，則干燥速率越大，但要以不損壞干燥物料的品質(zhì)為原則。此外，要防止由于干燥過(guò)快，物料表面形成硬殼而減小以后的干燥速率，使總的干燥時(shí)間加長(zhǎng)。6.干燥介質(zhì)的濕度：