干燥动力学知识2

1、14.3 干燥速率与干燥过程计算干燥速率与干燥过程计算 14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率物料在定态空气条件下的干燥速率 定态空气条件定态空气条件 空气的温度、湿度、流速以及与物料的接触方式都不变空气的温度、湿度、流速以及与物料的接触方式都不变 大量空气干燥少量物料大量空气干燥少量物料 湿基含水量湿基含水量w %w100 湿物料的总质量湿物料的总质量 湿物料中水分量湿物料中水分量 干基含水量干基含水量Xt %X t 100 绝干料的质量绝干料的质量 湿物料中水分量湿物料中水分量 w w X t 1t t X X w 1 生产中以生产中以w表示，工程计算中用表示，工程计算中用X更方便更

2、方便 定义：定义： kg水水/m2.h W汽化水量，汽化水量，kg/h Gc绝干物料量，绝干物料量，kg干料干料/h A物料干燥表面积，物料干燥表面积，m2 干燥时间，干燥时间，h(或或s) Ad dXG A W N c A d d A XG A W NA c Ad dXG A W N c A d d 差分近似差分近似 只要测定只要测定G数据经简单处理即可得到数据经简单处理即可得到NA NA影响因素：影响因素： 物料水分结构（内部条件）物料水分结构（内部条件） 空气状态（外部条件）空气状态（外部条件） 空气状态（空气状态（t，H） t，H(由于由于(t-tW)，(HW-H) NA 空气气速空气

3、气速（流体力学条件）（流体力学条件） u气 气， ，kH NA (过程实质过程实质传质、传热传质、传热) 物料形状物料形状（物料表面（物料表面A大小大小) 物料干燥表面物料干燥表面 NA (切片、颗粒状物料等切片、颗粒状物料等) 物料与气流接触方式物料与气流接触方式 气流掠过、穿过物料表面，颗粒料悬浮于气流中等气流掠过、穿过物料表面，颗粒料悬浮于气流中等 设备结构设备结构 一、动力学实验一、动力学实验 Ad dXG A W N c A d d kg水水/m2.h 干燥曲线干燥曲线 干燥速率曲线干燥速率曲线 用实验数据经处理直接标绘出干燥速率曲线。用实验数据经处理直接标绘出干燥速率曲线。 预热段

4、预热段(AB)t 1=tw 预热段很小，计算中可以忽略预热段很小，计算中可以忽略 恒速段恒速段(BC) 物料表面湿润物料表面湿润 料内水分向表面扩散量料内水分向表面扩散量表面汽化水量表面汽化水量 物料保持在物料保持在 =tw恒温恒温下下 空气传给物料之显热空气传给物料之显热=水分汽化之潜热水分汽化之潜热 表面汽化控制表面汽化控制 X C A B D EA B C D E 1 2 tw X * X 1 X 2 特点：特点：(1)除去的是非结合水，与汽化纯水情况相同；除去的是非结合水，与汽化纯水情况相同； (2)物料温度恒定为物料温度恒定为tw；(3) 内部水分向表面传递速率汽化速率相等；内部水分

5、向表面传递速率汽化速率相等； (4)NA与物料含水量与物料含水量X无关，取决于空气状态，为表面汽化控制阶段。无关，取决于空气状态，为表面汽化控制阶段。 空气传给物料之热量空气传给物料之热量 用于汽化表面水用于汽化表面水 用于使物料温度升高用于使物料温度升高 tw2 NA急剧下降急剧下降(汽化面汽化面,A不变不变,汽化量汽化量) (第一降速段第一降速段) 干区逐渐扩大干区逐渐扩大完全干枯完全干枯U进一步降低至进一步降低至D点点 直到直到XX2内部迁移速率控制内部迁移速率控制 降速段降速段(CDE) 物料表面出现干区物料表面出现干区 料内水分向表面扩散量料内水分向表面扩散量Q损损+Gc(I2-I1

6、) （3）Q补 补 0，且 ，且t2=t1 例例14-5、14-6 t H A B t1 t0 I1 I0 14.3.5 干燥过程的热效率干燥过程的热效率 空气在干燥器中放出热量的分析空气在干燥器中放出热量的分析 =VCH1(t1-t2)+ VCH1(t2-t0) 热效率热效率 01 21 tt tt 补补 QQ QQ 21 Q补 补=0 Q QQ 21 )tt (Vc )tt (Vc pH pH 011 211 )tt ( )tt ( 01 21 应用条件应用条件 Q补 补= Q损损=0，并不限于理想干燥器 ，并不限于理想干燥器 (Q损 损=0) 提高提高的途径：的途径： （1）降低）降低t

7、2 分析：分析： t2，废气带走热量，废气带走热量Q3， 故故 但不能太低，但不能太低， t2(2060)+td 01 21 tt tt （2）提高）提高t0 、 t1 分析：分析：t0， t1，则，则Q3，故，故。 （4）减小）减小Q损 损 分析：分析：Q损 损，则 ，则 Q，故，故。 （3）提高）提高H2 H2，W、H1不变，则不变，则V ， 则则Q ，故，故。 12 HH W V 但但H2也应有上限也应有上限 v干燥过程的图示干燥过程的图示 1、一般过程、一般过程 60 90 B C B C 可降低预热温度，使用低能位热源；可降低预热温度，使用低能位热源； B 20 120 2、中间加热

8、、中间加热 A A 20 C 60 B 90 C B 6090 C BA 2090 60 A 60 20 90 B C H2 H2 减少空气用量，使热效率提高；减少空气用量，使热效率提高； 物料不能与高温接触时，采用中间加热。物料不能与高温接触时，采用中间加热。 预热器预热器 干燥器干燥器A B C H0 t0 H1 t1 H2 t2 B 3、废气循环、废气循环 M Hmtm H0 t0 A M C 可降低空气预热温度可降低空气预热温度t1 B H2 I1 = I2 t2 t1 t1 预热器预热器 干燥器干燥器 AB C H0 t0 H2 t2 Hmtm M 4、去湿过程、去湿过程 H1 t1

9、 H2 t2 冷却冷却 A B C H1H2 可灵活控制空气进干燥器时的温度和湿度；可灵活控制空气进干燥器时的温度和湿度； 使干燥推动力比较均匀；使干燥推动力比较均匀； 空气温度低，热损失可以减小。空气温度低，热损失可以减小。 B H0 t0 A C H2 t2 M H1 t1 v压力对压力对I-H图各线的影响（总压增大）图各线的影响（总压增大） 等等I 线线 I=（1.01+1.88H)t+2500H H、 t不变，则不变，则 I不变不变 等等t线线不变不变 等等H线线 水汽水汽 水汽水汽 pP p .H 6220 气气气气 水水水水 nM nM H 等等H 线不变线不变 Pp 水汽水汽 水

10、汽分压线上移水汽分压线上移 H. HP p 6220 水水汽汽 H I P p-H p -H P =1.0 =1.0 s s pP p. H 6220 P 由由 于是，于是，P增大等增大等线上移线上移。 ss HPP. HP 6220 等等 线线 水汽分压线水汽分压线 加压对干燥不利，使推动力降低。加压对干燥不利，使推动力降低。 pp H I P p-H p -H P =1.0 =1.0 讨论：讨论： 若若总压增大总压增大，露点温度和绝热饱和温度怎样变化？，露点温度和绝热饱和温度怎样变化？ 绝热饱和温度升高绝热饱和温度升高 A td td tas tas 露点温度升高露点温度升高 pp 14.

11、4 干燥器干燥器 14.4.1 干燥器的基本要求干燥器的基本要求 对被干燥物料的适应性对被干燥物料的适应性 首要条件首要条件 设备的生产能力要高设备的生产能力要高干燥时间干燥时间 能耗的经济性能耗的经济性 厢式干燥器厢式干燥器 气流干燥器气流干燥器 沸腾床干燥器沸腾床干燥器 转筒干燥器转筒干燥器 喷雾干燥器喷雾干燥器 滚筒干燥器滚筒干燥器 耙式真空干燥器耙式真空干燥器 微波干燥器微波干燥器 红外线干燥器红外线干燥器 对流式对流式 传导式传导式 介电加热式介电加热式 辐射式辐射式 按加热方式分按加热方式分 按操作方式分按操作方式分 间歇式间歇式 连续式连续式 分类分类 厢式干燥器厢式干燥器 喷雾

12、干燥器喷雾干燥器 特点：结构简单，适应性强。特点：结构简单，适应性强。 但生产率低，产品质量不易均匀。但生产率低，产品质量不易均匀。 适用于小规模、多品种的场合。适用于小规模、多品种的场合。 特点：喷雾干燥的干燥时间短，料液直接加特点：喷雾干燥的干燥时间短，料液直接加 工成固体产品。工成固体产品。 适用于热敏性物料的干燥。适用于热敏性物料的干燥。 设备大、能耗高。设备大、能耗高。 14.4.2 常用对流式干燥器常用对流式干燥器 气流干燥器气流干燥器 特点：特点： 干燥时间短，成品质量均匀，干燥时间短，成品质量均匀， 对物料有破碎作用。对物料有破碎作用。 设备庞大。设备庞大。 流化床干燥器流化床

13、干燥器 特点：结构简单，造价低，活动部件少，操特点：结构简单，造价低，活动部件少，操 作维修方便，热效率较高。作维修方便，热效率较高。 适用于粒径在适用于粒径在30mm6mm的粉粒状的粉粒状 物料。物料。 转筒干燥器转筒干燥器 特点：机械化程度高，生产能力大，产品质量均匀，特点：机械化程度高，生产能力大，产品质量均匀， 对各种物料的适应性强对各种物料的适应性强 例例1. 总压总压100kPa，空气的温度为，空气的温度为20 ，湿，湿 度为度为 0.01kg/kg绝干气。试求：绝干气。试求： 空气的相对湿度空气的相对湿度1； 总压总压P与湿度与湿度H不变，将空气温度提高不变，将空气温度提高 至至

14、50时的相对湿度时的相对湿度2； 温度温度t与湿度与湿度H不变，将空气总压提高不变，将空气总压提高 至至120kPa时的相对湿度时的相对湿度3； 若总压提高到若总压提高到300kPa，温度仍维持，温度仍维持20 不变，每不变，每100m3原湿空气冷凝出来的水分量。原湿空气冷凝出来的水分量。 【解解】 相对湿度相对湿度1： 水水汽汽 水水汽汽 pP p H 622.0 kPa. . . H. HP p5821 0106220 100010 6220 水水汽汽 t20时，时，ps2.334kPa。 %100 s p p 水水汽汽 %. . . 867 3342 5821 1 将空气温度提高至将空气

15、温度提高至50时的相对湿度时的相对湿度2： 因因P和和H不变，则不变，则 p水汽 水汽 仍为 仍为1.582kPa， t50，ps14.99kPa %6 .10 99.14 582. 1 2 s p p水 水汽汽 总压提高至总压提高至120kPa时的相对湿度时的相对湿度3 : 因总压提高到因总压提高到120kPa，空气湿度，空气湿度H不变，不变， kPa. . . H. PH p91 0106220 120010 6220 水水汽汽 %. . . .C184 3342 91 kPa3342p20 3s 则则时时， 当当P100kPa时，时，p水汽 水汽 1.582kPa。现。现 t 不变，不变

16、，P300kPa， 因因p水汽 水汽 P，则理论上，则理论上p水汽 水汽 1.58234.746kPa， 但但20的的PS2.334kPa，故在压缩过程中必有水分析出。，故在压缩过程中必有水分析出。 空气中的水蒸气分压将保持为空气中的水蒸气分压将保持为PS2.334kPa，则加压后的空气，则加压后的空气 湿度为饱和湿度。湿度为饱和湿度。 绝绝干干气气kgkg pP p H s s s /00488. 0 334. 2300 334. 2622. 0622. 0 加压后加压后每每kg绝干气绝干气冷凝出来的水分量为：冷凝出来的水分量为： 绝绝干干气气kg/kg.HHH s 051200048800

17、10 若总压提高到若总压提高到300kPa，温度仍维持，温度仍维持20不变，不变， 每每100m3原湿空气冷凝出来的水分量原湿空气冷凝出来的水分量 绝绝干干气气kg/m. . . P .t H.vH 3 8530 100 3101 273 20273 01024417220 3101 273 273 24417220 水水kg. . H v W H 60005120 8530 100100 100m3原湿空气冷凝出来的水分量为原湿空气冷凝出来的水分量为: 讨论：通过以上计算可知，对于讨论：通过以上计算可知，对于H一定的空气，当总压一定的空气，当总压P一定，空一定，空 气温度升高，可使相对湿度气

18、温度升高，可使相对湿度降低，降低，越低，对干燥越有利，所以越低，对干燥越有利，所以 干燥过程中，必须将空气預热到一定温度。当温度干燥过程中，必须将空气預热到一定温度。当温度t一定时，提高一定时，提高 空气总压，使相对湿度空气总压，使相对湿度升高，故干燥过程大多在常压或真空条件升高，故干燥过程大多在常压或真空条件 下进行。下进行。 原湿空气比体积为：原湿空气比体积为： 例例 某干燥器的操作压强为某干燥器的操作压强为79.98kPa，出口气体的温度为，出口气体的温度为60， 相对湿度为相对湿度为70，将部分出口气体返回干燥器入口与新鲜空气，将部分出口气体返回干燥器入口与新鲜空气 混合，使进入干燥器

19、气体温度不超过混合，使进入干燥器气体温度不超过90，相对湿度为，相对湿度为12。 已知新鲜空气的质量流量为已知新鲜空气的质量流量为0.5025kg/s，湿度为，湿度为0.005kg水水/kg干干 空气，试求空气，试求 （1）新鲜空气的预热温度及空气的循环量；）新鲜空气的预热温度及空气的循环量； （2）预热器需提供的热量为多少？若将流程改为先混合后预热，）预热器需提供的热量为多少？若将流程改为先混合后预热， 所需热量是否变化？所需热量是否变化？ 以混合点为控制体，对水分作物料衡算以混合点为控制体，对水分作物料衡算 mRR HVVHVVH 20 skg. . . H V V 干空气干空气50 00501 50250 1 0 干干空空气气水水kg/kg. . . . pp p .H s s 13130 9119709879 911970 62206220 2 干干空空气气水水kg/kg. . . . pp p .H sm sm m 07310 09701209879 0970120 62206220 以混合点为控制体作热