化工原理干燥

1、第九章 干 燥本 章 學(xué) 習(xí) 要 求1熟練掌握的內(nèi)容濕空氣的性質(zhì)及其計(jì)算；濕空氣的濕度圖及其應(yīng)用；連續(xù)干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算；恒定干燥條件下的干燥速率與干燥時(shí)間計(jì)算。2理解的內(nèi)容濕物料中水分的存在形態(tài)及其；水分在氣-固兩相間的平衡關(guān)系；干燥器的熱效率；各種干燥方法的特點(diǎn)；對(duì)干燥器的基本要求。3了解的內(nèi)容常用干燥器的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能；干燥器的選用。* * * * * * * * * * * *9.1 概 述干燥是利用熱能除去固體物料中濕分（水分或其它液體）的單元操作。在化工、食品、制藥、紡織、采礦、農(nóng)產(chǎn)品加工等行業(yè)，常常需要將濕固體物料中的濕分除去，以便于運(yùn)輸、貯藏或達(dá)到生產(chǎn)規(guī)定的含濕率

2、要求。例如，聚氯乙烯的含水量須低于0.2%，否則在以后的成形加工中會(huì)產(chǎn)生氣泡，影響塑料制品的品質(zhì)；藥品的含水量太高會(huì)影響保質(zhì)期等。因?yàn)楦稍锸抢脽崮苋竦牟僮?，能量消耗較多，所以工業(yè)生產(chǎn)中濕物料一般都采用先沉降、過(guò)濾或離心分離等機(jī)械方法去濕，然后再用干燥法去濕而制得合格的產(chǎn)品。 一、固體物料的去濕方法除濕的方法很多，化工生產(chǎn)中常用的方法有：1.機(jī)械分離法。即通過(guò)壓榨、過(guò)濾和離心分離等方法去濕。耗能較少、較為經(jīng)濟(jì)，但除濕不完全。2.吸附脫水法。即用干燥劑（如無(wú)水氯化鈣、硅膠）等吸去濕物料中所含的水分，該方法只能除去少量水分，適用于實(shí)驗(yàn)室使用。3.干燥法。即利用熱能使?jié)裎锪现械臐穹謿饣竦姆椒?/p>

3、。該方法能除去濕物料中的大部分濕分，除濕徹底。干燥法耗能較大，工業(yè)上往往將機(jī)械分離法與干燥法聯(lián)合起來(lái)除濕，即先用機(jī)械方法盡可能除去濕物料中的大部分濕分，然后再利用干燥方法繼續(xù)除濕而制得濕分符合規(guī)定的產(chǎn)品。干燥法在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛，如原料的干燥、中間產(chǎn)品的去濕及產(chǎn)品的去濕等。二、干燥操作方法的分類(lèi)、按操作壓強(qiáng)分為常壓干燥和真空干燥。真空干燥主要用于處理熱敏性、易氧化或要求產(chǎn)品中濕分含量很低的場(chǎng)合。、按操作方式分為連續(xù)操作和間歇操作。間歇操作適用于小批量、多品種或要求干燥時(shí)間很長(zhǎng)的特殊場(chǎng)合。、按傳熱方式可分為傳導(dǎo)干燥、對(duì)流干燥、輻射干燥、介電加熱干燥以及由上述兩種或多種組合的聯(lián)合干燥。 （1

4、）傳導(dǎo)干燥。熱能通過(guò)傳熱壁面以傳導(dǎo)方式傳給物料，產(chǎn)生的濕分蒸汽被氣相(又稱(chēng)干燥介質(zhì))帶走，或用真空泵排走。例如紙制品可以鋪在熱滾筒上進(jìn)行干燥。該方法熱能利用率高，但與傳熱面接觸的物料易過(guò)熱變質(zhì)，物料溫度不易控制。（2）對(duì)流干燥。使干燥介質(zhì)直接與濕物料接觸，熱能以對(duì)流方式加入物料，產(chǎn)生的蒸汽被干燥介質(zhì)帶走。干燥在這里是載熱體又是載濕體。在對(duì)流干燥中干燥介質(zhì)的溫度易調(diào)節(jié)，濕物料不易產(chǎn)生過(guò)熱。但是干燥介質(zhì)離開(kāi)干燥器時(shí)要帶出大量的熱量，因此對(duì)流干燥熱損失大，能量消耗高。（3）射干燥由輻射器產(chǎn)生的輻射能以電磁波形式達(dá)到固體物料的表面，為物料吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑥亩節(jié)穹謿饣?。例如用紅外線干燥法將自行車(chē)表面

5、油漆烘干。該法生產(chǎn)強(qiáng)度大，干燥均勻且產(chǎn)品潔凈，但能量消耗大。（4）介電加熱干燥將需要干燥電解質(zhì)物料置于高頻電場(chǎng)中，電能在潮濕的電介質(zhì)中變?yōu)闊崮?，可以使液體很快升溫氣化。這種加熱過(guò)程發(fā)生在物料內(nèi)部，故干燥速率較快，例如微波干燥食品。三、對(duì)流干燥方法（1）對(duì)流干燥原理圖9-1表示熱空氣與濕物料間的傳熱和傳質(zhì)的情況。在對(duì)流干燥過(guò)程中，干燥介質(zhì)（如熱空氣）將熱量以對(duì)流方式從氣相主體傳遞到固體表面，物料表面上的濕分即行氣化，水氣由固體表面向氣相擴(kuò)散；與此同時(shí)，由于物料表面上濕分氣化，使得物料內(nèi)部和表面間產(chǎn)生濕分差，因此物料內(nèi)部的濕分以氣態(tài)或液態(tài)的形式向表面擴(kuò)散?？梢?jiàn)對(duì)流干燥過(guò)程是傳質(zhì)和傳熱同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程

6、。干燥介質(zhì)既是載熱體又是載濕體。（2）對(duì)流干燥的條件干燥進(jìn)行的必要條件是物料表面的水氣的壓強(qiáng)必須大于干燥介質(zhì)中水氣的分壓，在其它條件相同的情況下，兩者差別越大，干燥操作進(jìn)行得越快。所以干燥介質(zhì)應(yīng)及時(shí)地將產(chǎn)生的水氣帶走，以維持一定的傳質(zhì)推動(dòng)力。若壓差為零，則無(wú)水分傳遞，干燥操作即停止進(jìn)行。由此可見(jiàn)，圖9-2干燥速率由傳熱速率和傳質(zhì)速率所支配。（3）對(duì)流干燥流程圖9-2為對(duì)流干燥流程示意圖?？諝饨?jīng)預(yù)熱器加熱到適當(dāng)溫度后，進(jìn)入干燥器，與進(jìn)入干燥器的濕物料相接觸，干燥介質(zhì)將熱量以對(duì)流方式傳遞給濕物料，濕物料中濕分被加熱汽化為蒸氣進(jìn)入干燥介質(zhì)中，使得干燥介質(zhì)中濕分含量增加，最后以廢氣的形式排出。濕物料與

7、干燥介質(zhì)的接觸可以是逆流、并流或其它方式?；どa(chǎn)中以連續(xù)操作的對(duì)流干燥應(yīng)用最為普遍，干燥介質(zhì)可以是不飽和熱空氣、惰性氣體及煙道氣，要除的濕分為水或其它化學(xué)溶劑。本章重點(diǎn)介紹以不飽和熱空氣為干燥介質(zhì)，濕分為水分的對(duì)流干燥過(guò)程。9.2 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖一、濕空氣的性質(zhì) 濕空氣是絕干空氣和水氣的混合物。對(duì)流干燥操作中，常采用一定溫度的不飽和空氣作為介質(zhì)。因此首先討論濕空氣的性質(zhì)。由于在干燥過(guò)程中，濕空氣中水氣的含量不斷增加，而絕干空氣質(zhì)量不變，因此濕空氣的許多相關(guān)性質(zhì)常以單位質(zhì)量的絕干空氣為基準(zhǔn)。1、濕度（濕含量）H濕空氣中所含的水蒸氣的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比，稱(chēng)為空氣的濕度，又稱(chēng)濕含量或絕

8、對(duì)濕度，簡(jiǎn)稱(chēng)濕度，以符號(hào)表示它可表示為：（9-1）式中濕空氣的濕度，kg水氣/kg絕干空氣； MVkg/ kmol；Mg絕干空氣的摩爾質(zhì)量，kg/ kmol； ng絕干空氣的千摩爾，kmol； nv水氣的摩爾數(shù)， kmol。常壓下濕空氣可視為理想氣體混合物，根據(jù)道爾頓分壓定律，理想氣體混合物中各組分的摩爾比等于分壓比，則式（9-1）可表示為：（9-2）式中p水蒸氣的分壓，Pa；濕空氣的總壓，Pa。由式（9-2）可知濕度是總壓和水氣分壓的函數(shù)。當(dāng)總壓一定時(shí)，則濕度僅由水蒸氣分壓所決定，濕度隨水氣分壓的增加而增大。當(dāng)濕空氣的水蒸氣分壓等于同溫度下水的飽和蒸氣壓時(shí)，表明濕空氣呈飽和狀態(tài)，此時(shí)空氣的濕

9、度稱(chēng)為飽和濕度s，即：（9-3）式中s濕空氣的飽和濕度，kg水氣/（kg絕干空氣）； 2、相對(duì)濕度百分?jǐn)?shù)在一定總壓下，濕空氣中的水氣分壓與同溫度下水的飽和蒸汽壓ps之比的百分?jǐn)?shù)，稱(chēng)為相對(duì)濕度百分?jǐn)?shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)相對(duì)濕度，符號(hào)為，即：（9-4）相對(duì)濕度可以用來(lái)衡量濕空氣的不飽和程度。100%時(shí)，濕空氣中水氣分壓等于同溫度下水的飽和蒸氣壓，濕空氣的水蒸氣已達(dá)到飽和，不能再吸收水分。相對(duì)濕度小于100%的濕空氣能作為干燥介質(zhì)。值愈小，表明濕空氣偏離飽和程度越遠(yuǎn)，吸收水氣的能力越強(qiáng)。由此可見(jiàn)空氣的濕度僅表示空氣中水氣含量，而相對(duì)濕度值能反應(yīng)出濕空氣吸收水氣的能力。若將式9-4代入式9-2，可得： (9-5)由

10、上式可知，在一定的總壓下相對(duì)濕度與濕度及飽和蒸汽壓ps有關(guān)，而ps又與溫度有關(guān)，因此，只要知道濕空氣的溫度和濕度，就可以計(jì)算出相對(duì)濕度。3濕空氣的比容vH單位質(zhì)量絕干空氣中所具有的空氣及水蒸氣的總體積稱(chēng)為濕空氣的比容或濕容積，常壓下，即：(9-6)式中vH濕空氣的比容，m3/kg絕干氣；H濕空氣的溫度，kg水/kg絕干氣；t溫度，。由式(9-6)可知,在常壓下,濕空氣的比容隨濕度H和溫度t的增大而增大。4濕空氣的比熱容常壓下將絕干空氣和其中的水蒸氣的溫度提高所需要的熱量，稱(chēng)為濕空白的比熱，簡(jiǎn)稱(chēng)濕熱，即： (9-7)式中 cH濕空氣的比熱,kJ/(kg絕干空氣-)；cg絕干空氣的比熱,1.01k

11、J/(kg絕干空氣-)；cv水蒸氣的比熱,1.88kJ/ (kg絕干空氣-)。5. 濕空氣的焓。濕空氣的焓為其中單位質(zhì)量絕干空氣的焓及所含水蒸氣的焓之和。即： （9-8）式中 濕空氣的焓 ，kJ/(kg絕干空氣)；Ig絕干空氣的焓 ，kJ/(kg絕干空氣)；Iv水蒸氣的焓 ，kJ/(kg絕干空氣)。上述焓值是以干空氣和液態(tài)水在下的焓為零作為基準(zhǔn)。絕干空氣的焓就是其顯熱，而水蒸氣的焓則應(yīng)包括水在下的氣化潛熱及水氣在以上的顯熱。對(duì)于溫度為、濕度為的空氣，其焓值計(jì)算如下，即： （9-9）式中r0時(shí)的水蒸氣的潛熱，其值為2490kJ/kg6. 干球溫度用普通溫度計(jì)測(cè)得的濕空氣溫度為其真實(shí)溫度，稱(chēng)為干球

12、溫度，用符號(hào)表示，單位為或。7. 露點(diǎn)td將不飽和的空氣在總壓和濕度不變的情況下冷卻至飽和狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度，稱(chēng)為該空氣的露點(diǎn)，以符號(hào)td表示，單位為或。在露點(diǎn)時(shí)，原濕空氣的水蒸氣分壓等于露點(diǎn)下飽和水蒸氣壓，此時(shí)空氣的濕度為飽和濕度。由式(9-3)可得：（9-10）式中濕空氣的飽和濕度，kg水氣/（kg絕干空氣）；露點(diǎn)下水的飽和蒸氣壓，整理上式（9-10）可得： （9-11） 在確定濕空氣的露點(diǎn)td時(shí)，將濕空氣的濕度及總壓代入式（9-11）求得下的飽和蒸汽壓，由飽和水蒸氣表查出的對(duì)應(yīng)溫度即為該濕空氣的露點(diǎn)td。8. 濕球溫度tw,右側(cè)的玻璃溫度計(jì)感溫體(水銀球)用濕紗布包裹，紗布下端浸在水中，以

13、保證紗布一直處于充分潤(rùn)濕狀態(tài)，這樣測(cè)得的溫度為濕空氣的濕球溫度，用表示，單位為或。濕球溫度tw實(shí)質(zhì)上是濕空氣與濕紗布之間傳質(zhì)和傳熱達(dá)穩(wěn)定時(shí)濕紗布中水的溫度，由濕球溫度的原理可知，空氣的濕球溫度tw總是低于。tw與t差距愈小，表明空氣中的水分含量愈接近飽和。濕球溫度的工程意義在于：在干燥過(guò)程中恒速干燥階段時(shí)濕球溫度即是濕物料表面的溫度。9、絕熱飽和溫度 絕熱飽和溫度是不飽和的濕空氣與大量水相接觸，在絕熱條件下空氣被水汽所飽和時(shí)空氣的溫度。在空氣絕熱增濕過(guò)程中，空氣的降溫增濕過(guò)程是一等焓過(guò)程。 絕熱飽和溫度和濕球溫度是兩個(gè)完全不同的概念，但兩者都是濕空氣狀態(tài)（t和H）的函數(shù)。 實(shí)驗(yàn)測(cè)定證明，對(duì)空氣

14、-水系統(tǒng)，可以近似認(rèn)為絕熱飽和溫度與濕球數(shù)值相等，而濕球溫度比較容易測(cè)定。由以上討論可知，濕空氣的濕度主要通過(guò)測(cè)定干球溫度t、濕球溫度tw、露點(diǎn)溫度后計(jì)算得到。三個(gè)溫度之間的關(guān)系如下：對(duì)于不飽和濕空氣ttwtd對(duì)于飽和濕空氣ttwtd【例9-1】已知濕空氣的總壓為101.325kPa，相對(duì)濕度為50%，干球溫度為20。試求：(1) 濕度；(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)送入他預(yù)熱器的濕空氣體積V解：p=101.325kPa, t=20，由飽和水蒸氣表查得，水在20時(shí)的飽和蒸汽壓為=2.34kPa

15、(1) 濕度H(2) 水蒸氣分壓pp=0.502.34=1.17kPa(3) 露點(diǎn)露點(diǎn)是空氣在濕度H 或水蒸氣分壓P不變的情況下，冷卻達(dá)到飽和時(shí)的溫度。所以可由p=1.17kPa查飽和水蒸氣表，得到對(duì)應(yīng)的飽和溫度=9(4) 焓II=(1.01+1.88H)t+2492H=(1.01+1.880.00727)20+24920.00727=38.6KJ/Kg干空氣(5) 熱量QQ =500(1.01+1.880.00727)(117-20)=4966KJ/h=13.8kw(6) 濕空氣體積V二、濕空氣的濕度圖及應(yīng)用當(dāng)總壓一定時(shí)，表明濕空氣性質(zhì)的各項(xiàng)參數(shù)，只要規(guī)定其中任意兩個(gè)相互獨(dú)立的參數(shù)，濕空氣的

16、狀態(tài)就被確定。工程上為方便起見(jiàn)，將各參數(shù)之間之間的關(guān)系制成濕度圖。常用的濕度圖由濕度溫度圖(H-t)和焓濕度圖(I-H)，本章介紹焓濕度圖的構(gòu)成和應(yīng)用。1、I-H焓濕圖的構(gòu)成圖9-3在總壓力為101.3Pa情況下，以濕空氣的焓為縱坐標(biāo)，濕度為橫坐標(biāo)所構(gòu)成的濕度圖，稱(chēng)為濕空氣的I-H圖。為了使各種關(guān)系曲線分散開(kāi)，采用兩坐標(biāo)軸交角為135的斜角坐標(biāo)系。為了便于讀取濕度數(shù)據(jù)，將橫軸上濕度H的數(shù)值投影到與縱軸正交的輔助水平軸上。圖中共有5種關(guān)系曲線，圖上任何一點(diǎn)都代表一定溫度t和濕度H的濕空氣狀態(tài)?，F(xiàn)將圖中各種曲線分述如下：(1)等濕線(即等H線)。即等濕線是一組與縱軸平行的直線，在同一根等H線上不同

17、的點(diǎn)都具有相同的溫度值，其值在輔助水平軸上讀出。(2)等焓線(即等I線)。等焓線是一組與斜軸平行的直線。在同一條等I線上不同的點(diǎn)所代表的濕空氣的狀態(tài)不同，但都具有相同的焓值，其值可以在縱軸上讀出。(3)等溫線(即等t線)由式I=1.01t+(1.88t+2490)H，當(dāng)空氣的干球溫度t不變時(shí)，I與H成直線關(guān)系，因此在I-H圖中對(duì)應(yīng)不同的t，可作出許多條等t線。上式為線性方程，等溫線的斜率為(1.88t+2490),是溫度的函數(shù)，故等溫線相互之間是不平行。 (4)等相對(duì)濕度線(即等線)等相對(duì)濕度線是一組從原點(diǎn)出發(fā)的曲線。根據(jù)式(9-5) ，可知當(dāng)總壓一定時(shí)，對(duì)于任意規(guī)定的值，上式可簡(jiǎn)化為H和Ps

18、的關(guān)系式，而Ps又是溫度的函數(shù)，因此對(duì)應(yīng)一個(gè)溫度t，就可根據(jù)水蒸氣可查到相應(yīng)的Ps值計(jì)算出相應(yīng)的濕度，將上述各點(diǎn)(H,t)連接起來(lái)，就構(gòu)成等相對(duì)濕度線。根據(jù)上述方法，可繪出一系列的等線群。=100%的等線為飽和空氣線，此時(shí)空氣完全被水氣所飽和。飽和空氣以上 (100%)為不飽和空氣區(qū)域。當(dāng)空氣的濕度H為一定值時(shí)，其溫度t越高，則相對(duì)濕度值就越低，其吸收水氣能力就越強(qiáng)。故濕空氣進(jìn)入干燥器之前，必須先經(jīng)預(yù)熱以提高其溫度t。目的是除了為提高濕空氣的焓值，使其作為載熱體外，也是為了降低其相對(duì)濕度而提高吸濕力。0時(shí)的等線為縱坐標(biāo)軸。(5)水氣分壓線該線表示空氣的濕度H與空氣中水氣分壓p之間關(guān)系曲線.2、

19、I-H圖的用法利用I-H圖查取濕空氣的各項(xiàng)參數(shù)非常方便。只要已知表示濕空氣性質(zhì)的各項(xiàng)參數(shù)中任意兩個(gè)在圖上有交點(diǎn)的參數(shù)，如t-,t-,t-等，就可以在I-H圖上定出一個(gè)交點(diǎn)，此點(diǎn)即為濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)，由此點(diǎn)可查得其它各項(xiàng)參數(shù)。若用兩個(gè)彼此不是獨(dú)立的參數(shù)，如p-H, -p, -H, 則不能確定狀態(tài)點(diǎn)，因它們都在同一條等I線或等H線上。 例如，圖9-3中A代表一定狀態(tài)的濕空氣，則(1)濕度H，由H點(diǎn)沿等濕線向下與水平輔助軸的交點(diǎn)，即可讀出點(diǎn)的濕度值。(2)焓值I，通過(guò)A點(diǎn)作等焓線的平行線，與縱軸交于點(diǎn)，即可讀得A點(diǎn)的焓值。(3)水氣分壓P，由點(diǎn)沿等溫度線向下交水蒸氣分壓線于，在圖右端縱軸上讀出水氣分壓

20、值。(4)露點(diǎn)td,由A點(diǎn)沿等濕度線向下與=100%飽和線相交于B點(diǎn)，再由過(guò)B點(diǎn)的等溫線讀出露點(diǎn)td值。(5)濕球溫度tw(絕熱飽和溫度tas),由A點(diǎn)沿著等焓線與=100%飽和線相交于D點(diǎn)，再由過(guò)D點(diǎn)的等溫線讀出濕球溫度tw(即絕熱飽和溫度tas值)。通過(guò)上述查圖可知，首先必須確定代表濕空氣狀態(tài)的點(diǎn)，然后才能查得各項(xiàng)參數(shù)。9.3 干燥過(guò)程的物料衡算和熱量衡算通常，在干燥過(guò)程的計(jì)算中，首先要計(jì)算干燥過(guò)程中的水分蒸發(fā)量和空氣消耗量和熱量，據(jù)此進(jìn)行風(fēng)機(jī)及換熱器的選型或設(shè)計(jì)干燥過(guò)程的物料衡算和熱量衡算是上述計(jì)算的基礎(chǔ)一、濕物料中含水量的表示方法 、濕基含水量濕物料中所含水分的質(zhì)量分率稱(chēng)為濕物料的濕基

21、含水量。 （9-12）2.干基含水量不含水分的物料通常稱(chēng)為絕對(duì)干料。濕物料中的水分的質(zhì)量與絕對(duì)干料質(zhì)量之比,稱(chēng)為濕物料的干基含水量。 (9-13)兩者的關(guān)系為 (9-14)工業(yè)生產(chǎn)中物料含水量常以濕基含水量表示，但由于干燥過(guò)程中濕物料的總質(zhì)量因干燥失出水分而不斷減少，而絕干物料的質(zhì)量不變，因此，干燥計(jì)算中，以干基含水量表示較為方便。二、干燥器物料衡算通過(guò)干燥系統(tǒng)作物料衡算，可以算出：（1）從物料中除去水分的數(shù)量，即水分蒸發(fā)量（2）空氣的消費(fèi)量（3）干燥產(chǎn)品的流量。1、水分蒸發(fā)量總水分衡算： (9-15) 或： (9-16)式中：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)水分的蒸發(fā)量， 單位時(shí)間內(nèi)絕干物料的流量，、分別為空氣進(jìn)

22、、出干燥器時(shí)的濕度，kg水kg絕干氣；、分別為濕物料進(jìn)、出干燥器時(shí)的干基含水量，kg水kg絕干物料。強(qiáng)調(diào)基準(zhǔn)與物料必須相匹配即干基必須是干物料。2、 空氣消耗量將(9-16)式整理可得：(9-17)式中：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)消耗的絕干空氣量，將(9-17)等號(hào)兩側(cè)均除以得： (9-18)式中：每蒸發(fā)水分時(shí)，消耗的絕干空氣數(shù)量，稱(chēng)為單位空氣消耗量，如果以表示空氣預(yù)熱前的濕度,而空氣經(jīng)預(yù)熱器后,其濕度不變,故,則有 (9-19) 由上可見(jiàn),單位空氣消耗量?jī)H與、有關(guān)，與路徑無(wú)關(guān)。濕度與氣候條件有關(guān),夏季濕度大,消耗的空氣量最多,因此在選擇輸送空氣的通風(fēng)機(jī)時(shí),應(yīng)以全年中最大空氣消耗量為依據(jù),通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量V計(jì)算

23、如下： (9-20)單位時(shí)間內(nèi)消耗的絕干空氣量，,式中濕度和溫度為通風(fēng)機(jī)所在安裝位置的空氣濕度和溫度。3、 干燥產(chǎn)品流量 (9-21)出干燥器的絕干物料=入干燥器的絕干物料式中：絕干物料 物料進(jìn)干燥器時(shí)濕基含水量。 物料離開(kāi)干燥器時(shí)濕基含水量。應(yīng)指出：干燥產(chǎn)品只是含水少不等于絕干物料，即絕干物料是不含水在干燥器中其質(zhì)量不變。三、干燥過(guò)程的熱量衡算通過(guò)干燥系統(tǒng)的熱量衡算，可以求得：（1）預(yù)熱器消耗的熱量；（2）向干燥器補(bǔ)充的熱量；（3）干燥過(guò)程消耗的總熱量。這些內(nèi)容可作為計(jì)算預(yù)熱器傳熱面積、加熱介質(zhì)用量、干燥器尺寸以及干燥系統(tǒng)熱效應(yīng)等計(jì)算的依據(jù)。干燥系統(tǒng)的熱流圖如圖所示。圖9-4 連續(xù)干燥過(guò)程的

24、熱量衡算示意圖圖中：、分別為濕物料進(jìn)出干燥器的干基含水量，kg水(kg干料)；、分別為濕空氣進(jìn)入、離開(kāi)預(yù)熱器及離開(kāi)干燥器時(shí)的焓，KJkg干氣；、分別為濕空氣進(jìn)入、離開(kāi)預(yù)熱器及離開(kāi)干燥器時(shí)的濕度，Kg水kg干氣；、分別為濕空氣進(jìn)入、離開(kāi)預(yù)熱器（即進(jìn)入干燥器）及離開(kāi)干燥器時(shí)的溫度，；絕干空氣流量，kg（干氣）/s；單位時(shí)間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量，kw；、分別為濕物料進(jìn)出干燥器的流量，kg（濕物料）/s；、分別為濕物料進(jìn)出干燥器的焓，（濕物料）KJkg（干料）；分別為濕物料進(jìn)入和離開(kāi)干燥器時(shí)溫度，單位時(shí)間內(nèi)向干燥器補(bǔ)充的熱量，kw；干燥器的熱損失，kw。1、預(yù)熱器的熱量衡算若忽略預(yù)熱器的熱損失，以1為基

25、準(zhǔn)，對(duì)上圖預(yù)熱器列焓衡算，得： (9-22)故單位時(shí)間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量為： (9-23)2、干燥器的熱量衡算再對(duì)上圖的干燥器列焓衡算，以1為基準(zhǔn)，得： (9-24)故單位時(shí)間內(nèi)向干燥器補(bǔ)充的熱量為： (9-25)聯(lián)立(9-23)、 (9-25)得：故單位時(shí)間內(nèi)向干燥系統(tǒng)補(bǔ)充的總熱量為： (9-26)(9-23) 、 (9-25)、(9-26)為連續(xù)干燥系統(tǒng)中熱量衡算的基本方程式。為了便于分析和應(yīng)用，將（3）式作如下處理。假設(shè)：(1) 新鮮空氣中水氣的焓等于離開(kāi)干燥器廢氣中水氣的焓，即：(2) 濕物料進(jìn)出干燥器時(shí)的比熱取平均值,可由絕干物料比熱及純水的比熱求得：即： 分析上式可知，向干燥系統(tǒng)輸

26、入的熱量用于：（1）加熱空氣（2）蒸發(fā)水分（3）加熱物料（4）熱損失。 4、 干燥系統(tǒng)的熱效率干燥系統(tǒng)的熱效率定義為： 蒸發(fā)所需熱量為：，水從平均比熱為4.178若忽略濕物料中水分代入系統(tǒng)中的焓，上式簡(jiǎn)化為： 越高表示熱利用率愈好，若空氣離開(kāi)干燥器的溫度較低，而濕度較高，則水分氣化量大，可提高干燥操作的熱效率。但空氣濕度增加，使物料與空氣間的推動(dòng)力即，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于吸水性物料的干燥，空氣出口溫度應(yīng)高些，而濕度應(yīng)低些，即相對(duì)濕度要低些。在實(shí)際干燥操作中，空氣離開(kāi)干燥器的溫度需比進(jìn)入干燥器時(shí)的絕熱飽和溫度高，這樣才能保證在干燥系統(tǒng)后面的設(shè)備內(nèi)不致析出水滴，否則可能使干燥產(chǎn)品返潮，且易造成管路的堵塞

27、和設(shè)備材料的腐蝕。在干燥操作中，廢氣（離開(kāi)干燥器的空氣）中熱量的回收對(duì)提高干燥操作的熱效率有實(shí)際意義，此外還應(yīng)注意干燥設(shè)備和管道的保溫隔熱。9.4 干燥速率和干燥時(shí)間9.4.1 物料中所含水分的性質(zhì)（一）、平衡水分與自由水分根據(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(lái)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(wú)法用相應(yīng)空氣所干燥的那部分水分。自由水分：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。（二）、結(jié)合水分和非結(jié)合水分據(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。結(jié)合水分：凡濕物料的含水量小于Xs的那部分水分稱(chēng)為結(jié)合水分。此時(shí),

28、 其蒸汽壓都小于同溫度下純水的飽和蒸汽壓。非結(jié)合水分：含水量超過(guò)Xs的那部分水分稱(chēng)為非結(jié)合水分。此時(shí)，濕物料中的水分的蒸汽兩種分類(lèi)方法的不同：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，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)。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(wú)關(guān)。9.4.2 恒定干燥條件下的干燥速率恒定干燥條件即干燥介質(zhì)的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式，在整個(gè)干燥過(guò)程中均保持恒定。（一）、干燥速率定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間

29、、單位干燥面積汽化的水分量。（二）、干燥曲線與干燥速率曲線某物料在恒定干燥條件下干燥，可用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定干燥曲線及干燥速率曲線。什么是恒定干燥條件？恒定干燥條件：指干燥過(guò)程中空氣的濕度、溫度、速度以及與濕物料的接觸狀況都不變。（1）干燥曲線圖9-11 干燥曲線（2）干燥速率曲線（3）曲線分析：AB（或AB）段：A點(diǎn)代表時(shí)間為零時(shí)的情況，AB為濕物料不穩(wěn)定的加熱過(guò)程，在該過(guò)程中，物料的含水量及其表面溫度均隨時(shí)間而變化。物料含水量由初始含水量降至與B點(diǎn)相應(yīng)的含水量，而溫度則由初始溫度升高(或降低)至與空氣的濕球溫度相等的溫度。一般該過(guò)程的時(shí)間很短，在分析干燥過(guò)程中常可忽略，將其作為恒速干燥的一部分。

30、BC段：在BC段內(nèi)干燥速率保持恒定，稱(chēng)為恒速干燥階段。在該階段：濕物料表面溫度為空氣的濕球溫度；C點(diǎn)：由恒速階段轉(zhuǎn)為降速階段的點(diǎn)稱(chēng)為臨界點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)濕物料的含水量稱(chēng)為臨界含水量，用Xc表示。CDE段：隨著物料含水量的減少，干燥速率下降，CDE段稱(chēng)為降速干燥階段。干燥速率主要取決于水分在物料內(nèi)部的遷移速率。不同類(lèi)型物料結(jié)構(gòu)不同，降速階段速率曲線的形狀不同。 某些濕物料干燥時(shí)，干燥曲線的降速段中有一轉(zhuǎn)折點(diǎn)D，把降速段分為第一降速階段和第二降速階段。D點(diǎn)稱(chēng)為第二臨界點(diǎn)，如圖9.13所示。但也有一些濕物料在干燥時(shí)不出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，整個(gè)降速階段形成了一個(gè)平滑曲線，如圖9.14所示。降速階段的干燥速率主要與物料

31、本身的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸和堆放厚度有關(guān)，而與外部的干燥介質(zhì)流速關(guān)系不大。E點(diǎn)：E點(diǎn)的干燥速率為零，即為操作條件下的平衡含水量。需要指出的是，干燥曲線或干燥速率曲線是在恒定的空氣條件下獲得的，對(duì)指定的物料，空氣的溫度、濕度不同，速率曲線的位置也不同。（三）、速干燥階段的干燥速率 恒速干燥的前提條件：濕物料表面全部潤(rùn)濕。即濕物料水分從物料內(nèi)部遷移至表面的速率大于水分在表面汽化的速率。若物料最初潮濕，在物料表面附著一層水分，這層水分可認(rèn)為全部是非結(jié)合水分，物料在恒定干燥條件下干燥時(shí)，物料表面的狀況與濕球溫度計(jì)濕紗布表面狀況相似，物料表面溫度q 即為tw。 若維持恒速干燥，必須使物料表面維持潤(rùn)濕狀

32、態(tài)，水分從濕物料到空氣中實(shí)際經(jīng)歷兩步：首先由物料內(nèi)部遷移至表面，然后再?gòu)谋砻嫫娇諝庵?。若水分由物料?nèi)部遷移至表面的速率大于或等于水分從表面汽化的速率，則物料表面保持完全潤(rùn)濕。由于此階段汽化的是非結(jié)合水分，故恒速干燥階段的干燥速率的大小取決于物料表面水分的汽化速率。因此，恒速干燥階段又可稱(chēng)為表面控制階段。恒定干燥條件下，恒速干燥速率：恒速干燥的特點(diǎn)：（1）U=Uc=const.（2）物料表面溫度為tw；（3）在該階段除去的水分為非結(jié)合水分。（4）恒速干燥階段的干燥速率只與空氣的狀態(tài)有關(guān)，而與物料的種類(lèi)無(wú)關(guān)。（四）、干燥階段到達(dá)臨界點(diǎn)以后，即進(jìn)入降速干燥階段，此階段分為兩個(gè)過(guò)程：（1）實(shí)際汽化

33、表面減小隨著干燥過(guò)程的進(jìn)行，物料內(nèi)部水分遷移到表面的速率已經(jīng)小于表面水分的汽化速率。物料表面不能再維持全部潤(rùn)濕，而出現(xiàn)部分“干區(qū)”，即實(shí)際汽化表面減少。因此，以物料總面積為基準(zhǔn)的干燥速率下降。去除的水分為結(jié)合、非結(jié)合水分。（2）汽化面內(nèi)移 當(dāng)物料全部表面都成為干區(qū)后，水分的汽化面逐漸向物料內(nèi)部移動(dòng)，傳熱是由空氣穿過(guò)干料到汽化表面，汽化的水分又從濕表面穿過(guò)干料到空氣中，降速干燥階段又稱(chēng)為物料內(nèi)部遷移控制階段。顯然，固體內(nèi)部的熱、質(zhì)傳遞途徑加長(zhǎng)，阻力加大，造成干燥速率下降。即為圖中的DE段，直至平衡水分X*。在此過(guò)程，空氣傳給濕物料的熱量大于水分汽化所需要的熱量，故物料表面的溫度升高。降速干燥階段

34、特點(diǎn)：（1）隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，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(lèi)、結(jié)構(gòu)、形狀及尺寸有關(guān)，而與空氣狀態(tài)關(guān)系不大。（五）臨界含水量Xc物料在干燥過(guò)程中經(jīng)歷了預(yù)熱、恒速、降速干燥階段，用臨界含水量Xc家加以區(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(zhǎng)，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植對(duì)強(qiáng)化干燥過(guò)程也有重要意義。9.4.3 恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算一.恒速干燥階段 1Gc(X1-Xc)/SU0 式中 1恒速階段干燥時(shí)間(S) X1物料的初始含水量(kg/kg絕干物料)。二.降速干燥階段 2Gcln(Xc-X*)/(X2-X*)/KxS 因此,物料干燥所需時(shí)間,即物料在干燥器內(nèi)停留時(shí)間為 1 對(duì)于間歇操作的干燥器而言，還應(yīng)考慮裝卸物料所需時(shí)間,則每批干燥物料所需的時(shí)間為: 19.5 干燥設(shè)備9.5.1 干燥器的主要類(lèi)型一.廂式干燥器(盤(pán)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。二.帶式干燥器 優(yōu)點(diǎn)：物料在其中翻動(dòng)