第七章 干燥.doc

第七章 干燥第一节 概 述一、干燥过程的分类及应用1、物料的干燥 ：机械去湿法物理去湿法干燥方法：传导干燥：热能以传导的方式传给湿物料；对流干燥：热能以对流方式由热气体传给与其直接接触的湿物料；辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射；介电加热干燥：由高频电场的交变作用使物料加热而达到干燥的目的。2、对流干燥： 工业上广泛应用； 传热与传质相伴进行的过程； 干燥介质即是载热体又是载湿体；二、干燥过程进行的条件干燥过程得以进行的条件必须使被干燥物料表面所产生水汽(或其他蒸气)的压强大于干燥介质中水汽(或其他蒸气)的分压，压差愈大，干燥过程进行得愈迅速。所以，干燥介质须及时地将汽化的水汽带走，以保持一定的汽化水分的推动力。第二节 湿空气的性质及湿度图一、湿空气的性质 1. 湿空气的状态参数（以单位质量的干空气为基准） 湿度H ：kg/kg干空气 饱和湿度Hs： 是总压和温度的函数。相对湿度：湿空气比容h ： m3/kg干空气 湿比热容cH： cH=1.01+1.88H kg/kg干空气 湿空气的焓I： I=(1.01+1.88H)t+2490H 绝热饱和温度tas ： 干球温度t： 用普通温度计测得的湿空气的温度，为湿空气的真实温度。湿球温度tw : 露点 td ：不饱和空气在总压及湿度不变的情况下，冷却达到饱和状态时的温度，称为该空气的露点。 湿球温度tw和绝热饱和温度tas的关系 （1）对于空气和水的系统tas=tw，tas 与tw在本质上截然不同 tas热力学性质；tw 取决于动力学因素。 （2） tas两相都达到平衡时的温度； tw 传质传热过程达到稳态时的温度。 （3） tas气液间的传递振动力由大变小，最终趋于零； tw 稳定后的气液间的传递推动力不变。 对一定状态的空气，不饱和： 饱和： 二.湿空气的湿度图H-I常压下湿空气的H-I图，采用两个坐标夹角为135的坐标图，以提高读数的准确性。同时为了便于读数及节省图的幅面，将斜轴(图中没有将斜轴全部画出)上的数值投影在辅助水平轴上。湿空气的H-I图由以下诸线群组成。 1、等湿度线(等H线)群 等湿度线是平行于纵轴的线群。2等焓线(等I线)群 等焓线是平行于斜轴的线群。3等干球温度线(等t线)群 将式（7-9）改写成 在固定的总压下，任意规定温度t1值，将式（7-19）简化为I与H的关系式，按此式算出若干组I与H的对应关系，并标绘于H-I坐标图中，关系线即为等t1线。如此规定一系列的温度值，可得到等t线群。诸等t线是不平行的。4等相对湿度线(等线)群5蒸气分压线 三. H-I图的应用根据湿空气的两个独立参数，可从H-I图上确定其它参数。两个独立参数常为：t-、t-H、t-tas(或tw)、td-I等，先通过两个独立参数确定空气状态点A后，即可查出其它参数。td-H、p-H、td-p、tw(或tas)-I间都不是彼此独立的，它们都在同一条等H线或等I线上，因此在H-I图上，根据上述的各种数据不能确定空气的状态点。第三节 干燥过程的物料衡算与热量衡算一、干燥过程的物料衡算1、湿基含水量 在干燥操作中称水分在湿物料中的质量分数为湿基含水量，以表示： 2、干基含水量 干基含水量的定义为：以lkg绝干物料为基准时湿物料中水分的含量，以X表示，单位为kg水kg绝干料，其表达式为： 两种含水量的关系为： 3. 干燥过程的物料衡算水分蒸发量空气消耗量L干燥产品流量2二. 干燥过程的热量衡算1.热量衡算的基本方程预热器消耗的热量 向干燥器补充的热量干燥系统消耗的总热量上式的物理意义明确，它表明干燥系统的总热量消耗于：加热空气；蒸发水分；加热湿物料；损失于周围环境中。2.干燥系统的热效率通常将干燥系统的热效率定义为三、干燥器出口空气状态的确定一般根据空气在干燥器内焓的变化，将干燥过程分为等焓过程与非等焓过程两大类。空气通过干燥器时焓变化的基本方程式 1. 等焓干燥过程等焓干燥过程又称绝热干燥过程，一般对这种过程规定些条件，如：（1）不向干燥器内补充热量，即QD0；（2）忽略干燥器向周围散失的热量，即QL0；（3）物料进出干燥器的焓相等，即 。将以上假设得： 或 2. 非等焓操作过程 非等焓过程又称为实际干燥过程。非等焓过程可能有以下几种情况： (一)操作线在等焓线的下方 这种过程的条件：（1）不向干燥器补充热量，即QD0；（2）不能忽略干燥器向周围的热损失，即；（3）物料进出干燥器的焓不等，即 经整理得： 即 I1I2(二)操作线在等焓线上方 若向干燥器补充的热量大于损失的热量与加热物料消耗的热量之和，即： 整理得: 或 (三)操作线为过点B的等温线 若向干燥器补充适当的热量，恰使干燥过程在等温条件下进行，即空气在干燥过程中维持恒定的温度tl，其操作线为等温线。第四节 干燥速率和干燥时间一、物料中所含湿分的性质 1. 平衡水分和自由水分 平衡水分：一定空气状态下，物料中所含水分不再因与空气接触时间的延长而有所增减，物料中所含的水分称为在此空气状态下，该物料的平衡水分，用X*表示。平衡水分随物料种类的不同而有很大的差别，对于同一物料，又因所接触的空气状态不同而变化。自由水分：物料中所含的水分大于平衡水分的那一部分，称为自由水分(或称游离水分)。2. 结合水分和非结合水分如将平衡水分与空气状态关系图中的各平衡曲线延长，而使之与100相交，在交点以下的水分皆为各物料的结合水分，而大于这些交点之各物料水分则为非结合水分。二、干燥速率和干燥速率曲线1. 干燥曲线物料含水量X及物料表面温度与干燥时间的关系曲线，此曲线称为干燥曲线。2. 干燥速率曲线干燥速率与物料含水量X的关系曲线，称为干燥速率曲线。干燥速率曲线的形式因物料种类不同而异，但不论那一种类型的干燥曲线，都可将干燥过程明显地划分为二个阶段。即干燥的第阶段，干燥速率保持恒定，即基本上不随物料含水量而变，故称为恒速干燥阶段。物料的预热阶段，一般并入该段内考虑。干燥的第二阶段，在此阶段内干燥速率随物料含水量的减小而降低，故称为降速阶段。两个干燥段之间的交点称为临界点，与该点对应的物料含水量称为临界含水量，该点的干燥速率仍等于恒速段的干燥速率。三、恒定干燥条件下干燥时间的计算 1、恒速干燥阶段即 2. 降速干燥阶段当降速段的干燥速率曲线随物料的含水量呈线性变化时，干燥时间可采用解析法进行计算。 因此，物料干燥所需的时间(即物料在干燥器内停留时间)为，即： 第五节 干燥器一、干燥器的性能要求及选用原则工业生产上被干燥物料的性质，干燥程度的要求、生产能力的大小各不相同。因此，所采用的干燥器型式和干燥操作的组合也是多种多样的。对于干燥器有下列要求： 1保证产品的工艺要求；2干燥速率快；3干燥器的热效率高；4干燥系统的流体阻力要小；5操作控制方便，劳动条件良好，附属设备简单等。二、工业常用干燥器1. 盘式干燥器(厢式干燥器)是一种间歇式的干燥器，可以同时干燥多种不同的物料，一般为常压操作，也有在真空下操作的，这种设备一般生产强度小，但构造简单，设备投资少。2. 洞道式干燥器洞道干燥器是厢式干燥器的自然发展。3. 带式干燥器带式干燥器为一长方形干燥器，内有透气的传送带，物料置于带上，热气体穿过物料层，物料与气体形成复杂的错流。4. 转筒干燥器干燥器的主体是一个略呈倾斜的旋转圆筒。物料从较高一端进入干燥器，热空气可以与物料呈逆流或并流。物料在圆筒中一方面被安装在内壁的抄板升举起来，在升举到一定高度后又抛洒下来与空气密切接触，另一方面由于圆筒是倾斜的，物料逐渐由进口端运动至出口端。其优点是生产能力大，操作稳定可靠，流体阻力小，缺点是结构复杂，传动部分需要经常维修，生产强度低(与气流和流化干燥比较)。5. 气流干燥器气流干燥器的主体是气流干燥管，湿物料由管的底部加入，高速的热气体也由底部进入，物料受到气流的冲击，以粉粒状分散于气流之中呈悬浮状态，被气流输送而向上运动，并在输送过程中进行干燥。优点：生产强度高、热能利用好、干燥时间短、设备简单、操作方便。缺点：流体阻力大、物料对器壁的磨损较大、细粉物料收尘比较困难。6. 流化床干燥器在流化床干燥器中，粒子运动激烈，气固相接触良好，因而传质速率高。床层内温度均匀便于准确控制，不致发生局部过热。流化干燥器结构简单、紧凑、容易连续化，所以应用比较广泛。7.喷雾干燥器 喷雾干燥是一种处理液状物料，将物料喷成细雾，分散在热气流中，使水份蒸发而得粉状产品的一种干燥方法。 优点：能处理多种液态物料，由料液直接得到粉粒产品；干燥面积极大；干燥过程进行很快；干燥成品质量好。 缺点：干燥设备庞大，容积汽化强度小，热效率较低，介质及能量的消耗也较大。 雾化器一般有三种：（1）压力式；(2)离心式；(3)气流式。第六